Фізичні властивості води

• Стан (ст. ум.): рідина
• Щільність: 0,9982 г/куб. см
• Динамічна в'язкість (ст. ум.): 0,00101 Па•с (при 20°C)
• Кінематична в'язкість (ст. ум.): 0,01012 кв. см/с (при 20°C)

Термічні властивості води:

• Температура плавлення: 0°C
• Температура кипіння: 99,974°C
• Потрійна точка: 0,01 °C, 611,73 Па
• Критична точка: 374°C, 22,064 МПа
• Молярна теплоємність(ст. ум.): 75,37 Дж/(моль•К)
• Теплопровідність(ст. ум.): 0,56 Вт/(м•K)

Агрегатні стани води:

• Тверда ― лід.
• Рідке ― вода.
• Газоподібний ― водяний пар.

1. При атмосферному тиску вода замерзає (перетворюється в лід) при температурі 0°C і кипить (перетворюється у водяну пару) при температурі 100°C.

2. При зниженні тиску температура плавлення води повільно зростає, а температура кипіння ― падає.

3. При тиску в 611,73 Па (близько 0,006 атм) температура кипіння і плавлення збігається і стає рівною 0,01°C. Такий тиск і температура називаються потрійною точкою води.

4. При більш низькому тиску вода не може знаходитися в рідкому стані, і лід перетворюється безпосередньо в пар. Температура сублімації льоду падає зі зниженням тиску.

5. При зростанні тиску температура кипіння води зростає, щільність водяної пари в точці кипіння теж зростає, а рідкої води ― падає.

6. При температурі 374°C (647 K) і тиску 22,064 МПа (218 атм), вода проходить критичну точку. В цій точці щільність і інші властивості рідкої і газоподібної води збігаються.

7. При більш високому тиску немає різниці між рідкою водою і водяною парою, отже, немає і кипіння або випаровування.

8. Так само можливі метастабільні стани ― пересичений пара, перегріта рідина, переохлажденная рідина. Ці стани можуть існувати тривалий час, проте вони нестійкі і при зіткненні з більш стійкою фазою відбувається перехід. Наприклад, неважко отримати переохлажденную рідина, охолодивши чисту воду в посудині чистій нижче 0°C, проте при появі центру кристалізації рідка вода швидко перетворюється в лід.

Вода володіє рядом незвичайних особливостей:

• При таненні льоду, його щільність збільшується (з 0,9 до 1 г/куб. см). Майже у всіх інших речовин при плавленні густина зменшується.
• При нагріванні від 0°C до 4°C (точніше 3,98°C), вода стискається. Завдяки цьому можуть жити риби у замерзаючих водоймах: коли температура падає нижче 4°C, холодна вода, як менш щільна залишається на поверхні, замерзає, а під льодом зберігається позитивна температура.
• Висока температура і питома теплота плавлення (0°C і 333,55 кДж/кг), температура кипіння (100°C) і питома теплота пароутворення (2250 КДж/кг), порівняно з сполуками водню з схожим молекулярною вагою.
• Висока теплоємність рідкої води.
• Висока в'язкість.
• Високий поверхневий натяг.
• Негативний електричний потенціал поверхні води.

Всі ці особливості пов'язані з наявністю водневих зв'язків. З-за великої різниці електронегативностей атомів водню і кисню електронні хмари сильно зміщені в бік кисню. Унаслідок цього, а також того, що іон водню не має внутрішніх електронних шарів і володіє малими розмірами, він може проникати в електронну оболонку негативно поляризованого атома сусідньої молекули. Завдяки цьому, кожен атом кисню притягається до атомів водню інших молекул і навпаки. Кожна молекула води може брати участь максимум у чотирьох водневих зв'язках: 2 атома водню ― кожний в одній, а атом кисню ― в двох; в такому стані молекули знаходяться в кристалі льоду. При таненні льоду частина зв'язків рветься, що дозволяє укласти молекули води щільніше; при нагріванні води зв'язку продовжують рватися, і щільність її зростає, але при температурі вище 4°С цей ефект стає слабкіше, ніж теплове розширення. При випаровуванні рвуться всі залишилися зв'язку. Розрив зв'язків вимагає багато енергії, звідси висока температура і питома теплота плавлення і кипіння і висока теплоємність. В'язкість води обумовлена тим, що водневі зв'язки заважають молекулам води рухатися з різними швидкостями.

За подібним причин вода є добрим розчинником полярних речовин. Кожна молекула растворяемого речовини оточується молекулами води, причому позитивно заряджені ділянки молекули растворяемого речовини притягують атоми кисню, а негативно заряджені ― атоми водню. Оскільки молекула води мала за розмірами, багато молекул води можуть оточити кожну молекулу растворяемого речовини.

Це властивість води використовується живими істотами. У живій клітині і в міжклітинному просторі вступають у взаємодію розчини різних речовин у воді. Вода необхідна для життя всіх без винятку одноклітинних і багатоклітинних живих істот на Землі.

Чиста (не містить домішок) вода ― хороший ізолятор. При нормальних умовах вода слабо диссоциирована і концентрація протонів (точніше, іонів гидроксония H₃O+) і гідроксильних іонів HO ― становить 0,1 мкмоль/л. Але оскільки вода ― добрий розчинник, у ній практично завжди розчинені ті чи інші солі, тобто у воді присутні позитивні і негативні іони. Завдяки цьому вода проводить електрику. По електропровідності води можна визначити її чистоту.

Вода має показник заломлення n=1,33 в оптичному діапазоні. Однак вона сильно поглинає інфрачервоне випромінювання, і тому водяна пара є основним природним парниковим газом, відповідає більш ніж за 60% парникового ефекту. Завдяки великому дипольному моменту молекул, вода також поглинає мікрохвильове випромінювання, на чому заснований принцип дії мікрохвильової печі.