Vesi (molekul) — omadused, olekud ja universaalne lahusti
Vesi (molekul) — omadused, olekud ja universaalne lahusti. Avasta vee keemilised ja füüsikalised omadused, olekud, lahustuvus ning roll looduses ja igapäevaelus.
Vesi (2HO, HOH) katab 70-75% Maa pinnast vedelas ja tahkes (jää) olekus ning esineb atmosfääris auruna. See on kõige sagedamini esinev molekul Maa pinnal. Keemiline valem tähistatakse tavaliselt H2O ja molekul koosneb ühest hapniku ja kahest vesiniku aatomist.
Toatemperatuuril on see peaaegu värvitu, maitsetu ja lõhnatu vedelik. Paljud ained lahustuvad vees ja seda peetakse tavaliselt universaalseks lahustiks; seetõttu on vesi looduses ja kasutuses harva puhas ja võib omada mõningaid omadusi, mis erinevad laboratoorsetest omadustest. Kuid on palju ühendeid, mis on vees sisuliselt, kui mitte täielikult, lahustumatud. Vesi on ainus tavaline, puhas aine, mida leidub looduses kõigis kolmes olekus - teiste ainete kohta vt Keemilised omadused.
Puhas vesi on maitsetu. See on muud vees olevad kemikaalid, mis võivad anda veele maitse.
Molekulaarne struktuur ja olulised omadused
Vee molekul on polaarne — hapniku aatom kannab osalist negatiivset laengut ja vesinikud osalist positiivset laengut. See polaarus ning hüdrogeen-sidemed molekulide vahel annavad veele palju ebatavalisi ja olulisi omadusi:
- Kõrge sulamis- ja keemistemperatuur võrreldes sarnaste väikeste molekulidega – tänu hüdrogeensidemetele.
- Suur erisoojus (inertsem temperatuurimuutus) – vesi suudab salvestada ja edastada palju soojust, mis stabiliseerib keskkonna temperatuure.
- Suur aurustumissoojus – vee aurustumisel kulub palju energiat, mis mõjutab kliimat ja jahutamisprotsesse.
- Vee pindpinevus on kõrge – põhjustab tilkade kuju ja võimaldab mõnel putukal kõndida vee pinnal.
- Tihuse anomaalia: jää on veest kergem, mistõttu jää uhub pinnale ja vee elu all jääb võimalikuks talvel.
Faasid ja faasidevahetused
Vesi esineb looduses kolmes olekus: tahke (jää), vedel ja gaasiline (aur). Temperatuur- ja rõhutingimused määravad, millises olekus vesi on. Faasidevahetused (sulam-, aurustumis- ja kondenseerumisprotsessid) mängivad suurt rolli Maa veetsüklis ehk hüdroloogilises tsüklis.
Vesi kui lahusti
Vee polaarne olemus muudab selle heaks lahustiks ioonsete ja paljude polaarsete orgaaniliste ühendite jaoks. See seletab, miks enamik bioloogiliselt olulisi protsesse toimub vesikeskkonnas. Samas on ka palju aineid, nagu õlid ja mõned plastikud, vees lahustumatud või väga vähe lahustuvad.
Autoprotolüüs ja pH: vesi võib käituda nii happe kui alusena (amfoteerne) ja osaleb autoprotolüüsi reaktsioonis: H2O + H2O ⇌ H3O+ + OH−. Puhta vee teoreetiline pH on 7 (25 °C juures), kuid reaalne pH sõltub lahustunud gaasidest ja ioonidest.
Keemilised ja bioloogilised rollid
- Osaleb paljudes keemilistes reaktsioonides, näiteks hüdrolüüsis ja redoksprotsessides.
- On hädavajalik elu jaoks: enamik rakkude keemilisest ainevahetusest toimub vees.
- Kandja ja keskkond paljudele organismidele (veeökosüsteemid).
Loodus ja kasutus
Vesi on keskne element Maa kliimasüsteemis ja inimtegevuses: joogivesi, põllumajandus, tööstus, energeetika ja puhastamine. Hüdroloogiline tsükkel (aurumine, kondenseerumine, sadestumine, voolamine) ja geoloogilised protsessid sõltuvad vee omadustest.
Puhas vesi, kvaliteet ja maitse
Puhas vesi on keemiliselt H2O ning iseenesest maitsetu. Tegelikus tarbevees mõjutavad maitse ja lõhn lahustunud mineraalid (kõvadus), kloor, orgaanilised ühendid, metalliioonid ja mikroorganismid. Seetõttu on vee maitse tihti märkimisväärselt erinev sõltuvalt allikast ja puhastuskäigust.
Ohutus ja keskkond
Vee kvaliteet mõjutab inimeste tervist ja ökosüsteeme. Reostus (keemilised ained, mikroorganismid, toitained) võib põhjustada probleeme, mistõttu on oluline vee puhastamine ja säästev majandamine. Samuti põhjustavad kliimamuutused muutusi vee kättesaadavuses ja veetsüklis.
Vesi on seega lihtsa keemilise valemiga aine, kuid omab erakordselt suurt tähtsust ja palju ebatavalisi füüsikalisi ning keemilisi omadusi, mis mõjutavad nii loodust kui inimühiskonda.
Vee anomaalsed omadused
Üldiselt suureneb vedeliku maht kuumutamisel, kuid vee maht väheneb kuumutamisel temperatuurivahemikus 0 °C kuni 4 °C. Selle ruumala suureneb ainult siis, kui seda kuumutatakse üle 4 °C. Selline käitumine on üks mitmetest vee anomaalsetest omadustest.
See mahu vähenemise omadus võimaldab kaladel ja muudel veeloomadel veekogus ellu jääda, kui jää on pinnal jäätunud. Kui veekogu temperatuur jõuab külmas kliimas 4 °C-ni, kaotavad külma õhuga kokkupuutuvad pealispinna lähedal asuvad veekihid jätkuvalt soojusenergiat ja nende temperatuur langeb alla 4 °C. Alla 4 °C jahtumisel need kihid pigem tõusevad kui vajuvad, sest vee tihedus on maksimaalne 4 °C juures. Seega jääb 4°C temperatuuriga veekiht põhja, samas kui ülalpool tekivad 3°C, 2°C, 1°C ja 0°C veekihid. Kuna jää on halb soojusjuht, ei võimalda see soojusenergia ülekandmist jääkihtide all olevast vedelast veest, mis takistab vedelat vett jäätumast. Seetõttu jäävad sellistes kohtades ellu vee-elukad.
Küsimused ja vastused
K: Kui suur osa Maa pinnast on kaetud veega?
V: Vesi katab 70-75% Maa pinnast.
K: Millistes olekutes võib vesi Maal esineda?
V: Vett võib leida nii vedelas ja tahkes (jää) olekus kui ka atmosfääris auru kujul.
K: Mis on kõige sagedamini esinev molekul Maa pinnal?
V: Vesi on kõige sagedamini esinev molekul Maa pinnal.
K: Millised on vee mõned omadused, kui see on toatemperatuuril?
V: Toatemperatuuril on vesi peaaegu värvitu, maitsetu ja lõhnatu vedelik.
K: Miks peetakse vett tavaliselt universaalseks lahustiks?
V: Paljud ained lahustuvad vees, mistõttu peetakse seda tavaliselt universaalseks lahustiks.
K: Kas vesi on looduses ja kasutuses alati puhas?
V: Vesi on looduses ja kasutuses harva puhas ja tal võivad olla mõned omadused, mis erinevad laboratoorsetest omadustest.
K: Milliseid muid aineid võib looduslikult leida kõigis kolmes olekus?
V: Vesi on ainus ühine, puhas aine, mida leidub looduslikult kõigis kolmes olekus.
Otsige