Найважливіші фізичні константи води

Показник	Константа
Густина: лід (0° С) вода (0° С)	917 кг/м3 999 кг/м3
Температура плавлення	0° С
Температура кипіння	100° С
Питома теплота плавлення	3,18·105 Дж/кг
Питома теплота пароутворення (100° С)	2,26·106 Дж/кг
Питома теплоємність (20° С)	4182 Дж/(кг·К)
Показник заломлення (20° С)	1,333
Діелектрична проникність (20° С)	81
Швидкість звуку (20° С)	1483 м/с

Багато фізичних властивостей води є аномальними по відношенню до споріднених сполук. Вода відрізняється аномально високими температурами плавлення і кипіння. Густина води при охолодженні зростає подібно до інших рідин, але тільки до температури +4,0° С. При температурі +3,98° С спостерігається максимум густини води (1000 кг/м³) і в процесі подальшого охолодження до точки замерзання густина води зменшується. В точці замерзання густина льоду стрибкоподібно падає, тоді як у інших речовин при кристалізації густина зростає.

Аномальна поведінка густини води спостерігається біля точки кристалізації (рис. 2) та має неоціненне значення для існування живого у воді; в досить глибоких водоймах вода ніколи не охолоджується нижче +4,0° С. Лід, що плаває на поверхні води, діє як додатковий тепловий екран, який захищає воду від охолодження і не пропускає теплове випромінювання назовні.

Аномально високі значення для води, порівняно із подібними сполуками, мають питома теплота плавлення і випаровування та питома теплоємність, що робить воду і гідросферу в цілому планетним акумулятором тепла порівняно із материками.

Рис. 2. Густина води біля точки плавлення

Аномалії фізичних властивостей води зумовлені особливостями структури молекули води та міжмолекулярних взаємодій у рідині і твердому стані.

Три атоми молекули води утворюють рівнобедрений трикутник з протонами в основі і атомом кисню у вершині. Електронні орбіти в молекулі води орієнтовані так, що утворюються 4 електричні полюси. З них 2 позитивні полюси пов'язані з атомами водню, електрони яких зміщені до кисню, та 2 негативні – з атомом кисню. Всі чотири полюси знаходяться у вершинах тетраедра, завдяки чому молекула води характеризується значним дипольним моментом (1,86 Дебай); чотири просторово розділені полюси утворюють з сусідніми молекулами води чотири водневі зв'язки.

Водневі зв'язки на порядок сильніші, ніж сили міжмолекулярної взаємодії більшості речовин, тому для плавлення, випаровування і нагрівання води необхідні відповідно більші енергетичні затрати. Це пояснює аномально великі значення питомої теплоти. Завдяки високій діелектричній проникності вода є найбільш універсальним розчинником, у першу чергу солей, лугів, кислот.

З органічних речовин у воді розчиняються ті сполуки, що мають полярні групи (^–ОН, ^–NH₂ та ін.). Особливе значення для біосфери має здатність води розчиняти гази, в першу чергу кисень і вуглекислий газ.

Лужні і лужноземельні метали при звичайній температурі реагують з водою, розкладаючись на водень і відповідний гідроксид. При високих температурах вода реагує майже з усіма металами. Цим зумовлене явище корозії. Вода є найкращим розчинником для більшості сполук. Процес розчинення речовин, як правило, супроводжується явищами гідролізу і гідратації. При розчиненні у воді кислотних і лужних оксидів утворюються відповідні кислоти і луги. Наявність хоча б слідів води необхідна для переважної більшості хімічних реакцій. Навіть сліди води різко змінюють багато фізичних властивостей речовин: температуру кипіння, плавлення, поверхневий натяг і т. д.