Vatn: Efnasamband með efnaformúluna H2O

Þessi grein fjallar um vökva. Til að sjá aðrar merkingar orðsins má sjá aðgreiningarsíðu orðsins vatns.

Vatnssameindin er samsett úr tveimur vetnisfrumeindum og einni súrefnisfrumeind sem tengjast með samgildistengi og hefur efnaformúluna H₂O. Vatn er uppistaðan í vatnshvolfi jarðar. Orðið „vatn“ á við um efnið eins og það kemur fyrir við staðalhita og staðalþrýsting.

Vatn
Vatnssameind
Auðkenni
CAS-númer	7732-18-5
Eiginleikar
Formúla	H2O
Útlit	Glær vökvi
Eðlismassi	1,0 · 103 kg/m³
Bræðslumark	0 °C
Suðumark	100 °C

Í náttúrunni kemur vatn fyrir í nokkrum ólíkum efnafösum. Þar sem hiti og þrýstingur á yfirborði Jarðarinnar er tiltölulega nálægt þrípunkti vatns, kemur það fyrir sem fast efni, vökvi og gas. Það myndar úrkomu sem rigning og vatnsúða í þoku. Ský eru úr svífandi vatnsdropum og ískornum. Kristallaður ís getur fallið til jarðar sem snjór. Sem gas kemur vatn fyrir sem vatnsgufa.

Það eru 1,4 milljarðar km³ vatns á jörðinni sem þekja 71% af yfirborði hennar, aðallega í höfunum (um 96,5%). Lítið af vatni er að finna í grunnvatni (1,7%), bundið í jöklum og ísbreiðum við Grænland og Suðurskautslandið (1,7%), og sem ský og úrkoma (0,001%). Vatnið er á stöðugri hreyfingu í hringrás vatns með uppgufun, útgufun, rakaþéttingu, úrkomu og afrennsli.

Vatn leikur stórt hlutverk í heimshagkerfinu. Um það bil 70% af ferskvatni sem menn nota fara til landbúnaðar. Fiskveiðar í sjó og ferskvatni eru mikilvæg uppspretta fæðu í mörgum heimshlutum og gefa af sér 6,5% af prótínframleiðslu heimsins. Megnið af heimsviðskiptum með vörur eins og olíu, jarðgas og iðnaðarframleiðslu, er flutt á sjó, vötnum og skipaskurðum. Mikið af vatni, ís og gufu er notað í kæli- og hitabúnað í iðnaði og á heimilum. Vatn er gott leysiefni fyrir margs konar efni, bæði steinefni og lífræn efni, og er notað í iðnaðarvinnslu, í eldamennsku og þvotta. Vatn, ís og snjór eru líka undirstaða afþreyingar og íþrótta, eins og sunds, siglinga, brimbrettaiðkunar, stangveiði, skautahlaups og skíða.

 

 

 

Vatn er fljótandi við stofuhita. Það frýs við 0 °C og suðumark þess er 100 °C við einnar loftþyngdar þrýsting. Eðlismassi vatns er háður hitastigi þess og er hann mestur þegar hitastig þess er 4 °C. Heitara vatn flýtur ofan á kaldara vatni, nema að hitastigið sé undir 4 °C, en þá flýtur kaldara vatn ofan á heitara. Þetta leiðir til þess að ísmyndun á sér stað við yfirborðið þegar vatn frýs. Ís er svo allmiklu eðlisléttari en vatn, þannig að hann flýtur ofan á. Vatn getur orðið undirkælt, það er að segja það getur haft hitastig undir frostmarki án þess að frjósa, en þá myndast stundum ís við botninn án þess að fljóta upp og kallast það botnstingull.

Við suðumark breytist vatnið úr fljótandi formi í loftkennt form, gufu. Þegar vatn sýður, myndast litlar gufubólur hvar sem vera skal í vökvanum, fljóta upp að yfirborði og eykst þá rúmmál þeirra á leiðinni upp vegna lækkandi þrýstings. Við yfirborðið opnast gufubólurnar og gufan sleppur út.

Hin þrjú form vatns, það er fast, fljótandi og loftkennt, geta verið öll til staðar í einu og haldið jafnvægi ef hitastigið er 0,01 °C (273,16 K). Þetta hitastig er þess vegna kallað þrípunktur vatns.

Lykt og bragð

Hreint vatn er oftast sagt vera bæði bragðlaust og lyktarlaust, þótt menn hafi skynfæri sem gera þeim kleift að finna fyrir vatni í munninum, og vitað er að froskar geta fundið lykt af því. Vatn (þar á meðal drykkjarvatn) er oftast með einhver uppleyst efni í sér sem geta gefið bæði lykt og bragð. Menn og önnur dýr hafa þróað skynfæri sem gera þeim kleift að meta drykkjarhæfi vatns, til að forðast vatn sem er of salt eða fúlnað.

Sjór og sjávarföll

Sjór inniheldur um 3,5% borðsalt að meðaltali, auk annarra steinefna í litlu magni. Sjór hefur ýmsa aðra efniseiginleika en ferskvatn. Hann frýs við lægri hita (um -1,9 ˚C) og þéttleiki hans eykst með lækkandi hita að frostmarki, í stað þess að ná hámarksþéttleika við hita sem er yfir frostmarki eins og hreint ferskvatn. Selta vatnsins í höfunum er breytileg, frá 0,7% í Eystrasalti að 4,0% í Rauðahafi. (Dauðahafið, sem er þekkt fyrir mjög hátt saltinnihald, er í raun saltvatn fremur en haf.)

Sjávarföll eru reglulegt ris og hnig sjávarborðs sem stafa af aðdráttarafli tunglsins og sólarinnar sem verkar á höfin. Sjávarföll breyta dýpt sjávar og skapa sjávarfallastrauma. Sjávarföll á tilteknum stað eru afleiðing af breytilegri afstöðu tunglsins og sólarinnar miðað við jörðina, ásamt kóríóliskrafti sem stafar af snúningi jarðar, og staðbundnu botnlandslagi. Sá hluti af ströndinni sem fer undir sjó á háflóði, en kemur upp á fjöru (sjávarfjaran) er mikilvæg vistgerð sem sjávarföllin skapa.