Vatten

Vatten är en på jorden allmänt förekommande kemisk förening, bestående av väte och syre, som är nödvändig för allt känt liv.United Nations Det vetenskapliga namnet är divätemonoxid eller diväteoxid (se även diväteoxidbluffen). Det latinska namnet aqua används ofta i bland annat innehållsförteckningar till kemiska och kosmetiska produkter.Enligt International Nomenclature of Cosmetic Ingredients )

miniatyr|höger|300px|Vatten i tre aggregationstillstånd: Gas (osynlig vattenånga i luften), vätska (havsvatten och aerosol i molnen), fast form (i isberget). miniatyr|stående|höger|Modell av en vattenmolekyl (H2O).

Till vardags menar man med "vatten" bara dess flytande aggregationstillstånd, men vatten förekommer även i fast form, som is, och i gasform, som vattenånga. Vatten täcker 70 % av jordytan. På jorden återfinns den största delen i akviferer och 0,001 % i atmosfären som ånga, moln (består av fasta och flytande vattenpartiklar), och nederbörd. Oceanerna innehåller 97 % av ytvattnet, glaciärer och polarisar 2,4 % och andra ytvattensamlingar, som floder, sjöar och dammar 0,6 %.

Vattnet på jorden rör sig kontinuerligt genom ett vattenkretslopp som består av avdunstning eller transpiration (evapotranspiration), nederbörd och ytavrinning, som vanligtvis når havet.

Rent, färskt dricksvatten är nödvändigt för människan och andra livsformer. Tillgången till säkert dricksvatten har ökat stadigt och avsevärt de senaste decennierna i nästan alla världens delar. Det finns ett tydligt samband mellan tillgång till rent vatten och BNP per capita. Några observatörer har dock beräknat att mer än hälften av jordens folkmängd kommer att drabbas av vattenbaserad sårbarhet år 2025. En rapport från november 2009 menar att vattenbehovet kommer överstiga tillgången med 50 % i några utvecklingsregioner år 2030. Vatten spelar en viktig roll i världsekonomin. Det fungerar som ett lösningsmedel för ett antal olika kemikalier och underlättar industriell nedkylning och transport. Omkring 70 procent av färskvattnet går till jordbruket.

Kemiska och fysikaliska egenskaper vänster|miniatyr|Modell som visar vätebindningar (1) mellan vattenmolekyler. höger|miniatyr|Vattendroppens nedslag orsakar en uppåtgående studs som fortfarande omges av kapillärvågor. miniatyr|Ytspänning för vatten som funktion av temperaturen. höger|miniatyr|Daggdroppar som ansluter sig till ett spindelnät. höger|miniatyr|stående|Vattens kapillärkraft jämfört med kvicksilver.

Vatten är en kemisk förening med den kemiska formeln H2O. En vattenmolekyl består sålunda av två väteatomer i kovalent bindning till en syreatom. Inom kärnkraftsindustrin kallas vanligt vatten lättvatten för att skilja det från tungt och halvtungt vatten. Vatten förekommer på jorden i alla de tre vanliga aggregationstillstånden: vattenånga och moln i himlen, havsvatten och isberg i polarhaven, glaciärer och floder i bergen, och vätska i akviferen i marken.

De viktigaste kemiska och fysikaliska egenskaperna hos vatten är:

Vatten är en lukt- och smaklös vätska i standardtryck och -temperatur. Is och vattens färg har i sig självt en mycket svagt blå färgton, även om vattnet verkar färglöst i små mängder. Is verkar också färglöst, och vattenånga är i huvudsak osynlig som gas. Vatten är transparent och således kan vattenväxter leva i vattnet eftersom solljuset kan nå dem. Bara starka ultravioletta strålar blir obetydligt absorberade. Då vattenmolekylen inte är linjär och syreatomen har en högre elektronegativitet än väteatomer har syreatomen något större negativ laddning, medan väteatomerna är något positiva. Som ett resultat av detta är vatten en polär molekyl med ett elektriskt dipolmoment. Nätväxelverkan mellan dipolerna på varje molekyl kan orsaka en effektiv skineffekt på vattnets yta med andra substanser, eller luft vid ytan, den senare har gett upphov till vattnets höga ytspänning. Ytspänningen är temperaturberoende och minskar vid högre temperatur (se figur). Varmvatten väter bättre än kallvatten. Vattnets dipolära natur bidrar till vattenmolekylens tendens att forma vätebindningar, vilka bidrar till vattnets speciella egenskaper. Den polära naturen favoriserar även adhesion till andra material. Varje vätekärna är bunden till den centrala syreatomen genom ett elektronpar som delas mellan dem. Kemister kallar det delade elektronparet för en kovalent kemisk bindning. I H2O används bara två av de sex elektronerna på det yttre skalet av syreatomen till det här syftet, vilket lämnar fyra elektroner organiserade i två obundna par. De fyra elektronparen som omger syret tenderar arrangera sig själva så långt bort från varandra som möjligt för att minimera bortstötningarna mellan dessa negativt laddade skaror. Det leder normalt till en tetraedrisk geometri i vilken vinkeln mellan elektronparen (och därför H-O-H-bindningsvinkeln) är 109,5°. Då de två obundna paren orienterar sig närmare syreatomen, har dessa en starkare bortstötning mot de två kovalent bundna paren, som effektivt trycker de två väteatomerna närmare varandra. Det leder till en förvrängd tetraedrisk disposition där H-O-H-vinkeln är 104,5°. Som ett resultat av samspelet mellan dessa egenskaper avser kapillärkraft vattnets tendens att röra sig uppför ett smalt rör mot gravitationskraften. Den egenskapen utnyttjar alla kärlväxter såsom träd. Vatten är ett bra lösningsmedel och kallas ofta ”det universella lösningsmedlet”. Ämnen som löser sig i vatten, exempelvis salter, sockerarter, syror, alkalimetaller och några gaser, speciellt syre och koldioxid, är kända som hydrofila ämnen, medan de som inte löser upp sig i vatten, exempelvis fetter och oljor, är kända som hydrofoba ämnen. Inom kemin anger en förkortning aq att ett ämne är löst i vatten, till exempel Alla större komponenter i celler, protein, DNA och polysackarider löser sig också i vatten. Rent vatten har en låg konduktivitet, vilken dock ökar påtagligt om man löser en liten mängd jonföreningar i vattnet, till exempel natriumklorid. Vattnets kokpunkt beror (likt alla andra vätskors) på lufttrycket. Exempelvis kokar vatten på Mount Everests topp vid 68 °C, jämfört med 100 °C vid havsytan. Omvänt kan vatten på stora djup i oceanerna, nära geotermiska ventiler, uppnå temperaturer på flera hundra grader och ändå förbli flytande. Vattnets volym expanderar ungefär 1650 gånger när det övergår från vätskefas till ångfas vid normalt tryck. (Vattenånga har specifik volym 1,694 m3/kg vid 1 bar.) Vatten har den näst högsta värmekapacitiviteten av alla kända ämnen, efter ammoniak, och också hög ångbildningsvärme (40,65 kJ·mol−1. Det är ett resultat av vätebindningarna mellan dess molekyler. Dessa två ovanliga egenskaper gör att vatten kan moderera jordens klimat genom att buffra stora temperaturskillnader. Vattnets maximala densitet uppnås vid 3,98 °C. Vatten blir mindre tätt vid fryspunkten, och har då expanderat med 9 %. Det resulterar i ett ovanligt fenomen, nämligen att vattnets fasta form, is, flyter ovanpå vatten, vilket gör att varelser kan leva i en delvis fryst vattenkropp då vattnet på botten har en temperatur på runt 4 °C.

höger|miniatyr|stående|ADRmärkning för transporter av farligt gods som reagerar med vatten.

Vatten är blandbart med många vätskor, såsom etanol, i alla proportioner vilket gör att det är en homogen vätska. Å andra sidan är vatten och de flesta oljor oblandbara, vilket gör att det vanligtvis skapas lager med en ökande densitet mot botten. Som gas är vattenångan blandbar med luften. Vatten bildar en azeotrop med många andra ämnen. Vatten kan genom elektrolys sönderdelas till väte och syre. Som en oxid av väte skapas vatten när väte eller väteinnehållande föreningar bränner eller reagerar med syre eller syreinnehållande föreningar. Vatten är inte ett bränsle, utan en slutprodukt av förbränningen av väte. Energin som krävs för att sönderdela vatten till väte och syre genom elektrolys är större än energin som släpps när väte och syre återförenas. Ämnen som är mer elektropositiva än väte såsom litium, natrium, kalcium, kalium och cesium förskjuter väte från vattnet vilket skapar hydroxider och vätgas. Vätgas är lättantändlig, så när vatten reagerar med mer elektropositiva ämnen kan reaktionen bli våldsamt explosiv.

Smak och lukt Vatten kan lösa många olika ämnen, som ger vattnet olika smaker och lukter. Människor och djur har utvecklat smak- och luktsinnen som gör det möjligt för dem att utvärdera dricksvattnets drickbarhet och undvika vatten som är alltför salt eller smutsigt. Människor har en tendens att föredra kallt vatten före ljummet vatten då kallt vatten förmodligen innehåller färre mikroorganismer. Smaken som annonseras på källvatten eller mineralvatten kommer från de mineraler som är upplösta i det. Rent vatten är emellertid smak- och luktlöst. Den annonserade renheten på käll- och mineralvatten åsyftar frånvaron av toxiner, föroreningar och mikrober.

Etymologi Ordet 'vatten' är ett urgemanskt arvord, från roten *wintru, som ytterst kan komma från den urindoeuropeiska roten *uendru. Från denna rot kan möjligen svenskans vinter ha kommit (kunde ha betytt "regntid"), engelskans water, wash med flera, tyskans Wasser, ryskans voda och vodka ("litet vatten"). Från den urindoeuropeiska avledningen *wed igenkänner man ord som grekiskans hydro (vatten) och hydra och svenskans utter (från urindoeuropeiska *udroz). Från den urindoeuropeiska roten *akwa- känner man igen latinets aqua, besläktat med svenskans å.

Vattnets fördelning

Vatten i universum En stor del av universums vatten kan skapas som en biprodukt av stjärnbildning. När stjärnor föds ackompanjeras deras födsel av en stark utåtgående vind av gas och damm. När materialutflödet slutligen påverkar den omgivande gasen komprimeras chockvågorna som skapas och värmer gasen. Vattnet produceras snabbt i den varma, täta gasen.Gary Melnick, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics och David Neufeld, Johns Hopkins University citerade i:

(linked 4/2007)

Vatten har upptäckts i interstellära moln i vår galax, Vintergatan. Vatten existerar förmodligen i andra galaxer med, då dess komponenter, väte och syre, är bland de mest förekommande ämnena i universum. Interstellära moln kondenseras slutligen till nebulosor och solsystem såsom vårt.

Vattenånga finns i: Merkurius atmosfär: 3,4 % (dock är atmosfären extremt tunn varför den totala mängden vattenånga är liten) Venus atmosfär: 0,002 % Jordens atmosfär: ~0,55 % i övre atmosfären, vanligtvis 1–4 % vid ytan Mars atmosfär: 0,03 % Jupiters atmosfär: 0,0004 % Enceladus atmosfär: 91 ±3 % (atmosfären är dock extremt tunn) Exoplaneterna HD 189733 b och HD 209458 b:s atmosfärer.Water Found in Extrasolar Planet's Atmosphere – Space.com

Flytande vatten finns i: Jorden - 71 % av ytan Månen – små mängder vatten påvisades 2008 inne i vulkaniska glaspärlor som togs från månen till jorden av Apollo 15-teamet 1971.Versteckt in Glasperlen: Auf dem Mond gibt es Wasser – Wissenschaft – Der Spiegel – Nachrichten

Vissa bevis talar för att flytande vatten finns precis under ytan på Saturnus måne Enceladus och på Jupiters måne Europa, där det kan finnas en 100 km djup ocean som täcker hela månen vilket skulle bli mer vatten än i alla jordens oceaner.

Vattenis finns i: Jorden - huvudsakligen som inlandsisar Polarisar på Mars Månen Titan Europa Saturnus ringar Enceladus Pluto och Charon Kometer

Vattenis kan finnas på Ceres och Tethys.

Vatten och beboeliga områden

Det flytande vattnets existens, och i mindre grad dess gas- och fasta former är på jorden vitala för allt jordens liv. Jorden ligger i solsystemets beboeliga zon. Om den var något närmare eller längre bort från solen (runt 5 % eller runt 8 miljoner kilometer) skulle förhållandena som gör att alla tre formerna kan existera vara betydligt mindre gynnsamma.