Woda jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych związków chemicznych w przyrodzie. Jest cieczą bezbarwną, bez smaku i zapachu, ma interesujące anomalie o dużym znaczeniu biologicznym. Od 4oC, w miarę obniżania temperatury, jej gęstość maleje. Dzięki temu woda w jeziorach i rzekach zamarza na powierzchni, co umożliwia istnienie życia biologicznego w głębi. Cząsteczka wody składa się z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu. Kąt pomiędzy atomami wodoru wynosi 104o 40'. Dzięki kątowej budowie cząsteczka wody ma moment dipolowy. Cząsteczki wody przyciągają się różnoimiennymi biegunami tworząc asocjat, dzięki czemu temperatura wrzenia wody jest stosunkowo wysoka. Biegunowa budowa cząsteczki wody powoduje dobrą rozpuszczalność w wodzie szeregu związków chemicznych.
Wodę otrzymuje się przez spalanie wodoru w tlenie:
2H2 + O2 = 2H2O
Reakcja spalania wodoru jest jedną z najbardziej egzotermicznych reakcji. Cząsteczka wody jest bardzo trwała i zaczyna dysocjować dopiero powyżej 1800 K. Pomimo dużej trwałości woda jest substancją chemiczną aktywną. Niektóre metale, np. Na, K, Ca reagują z nią w temperaturze pokojowej, wydzielając z wody wodór.
Wiele związków chemicznych przyłącza wodę. W związkach nieorganicznych może być ona związana w różny sposób:
Woda konstytucyjna nie występuje w związkach chemicznych jako cząsteczka wody, natomiast wydziela się w czasie ich rozkładu. Należy tutaj m.in. Ca(OH)2, KOH, H2SO4, itp. Na przykład pod wpływem ogrzewania:
Ca(OH)2 --> CaO+H2O
Woda koordynacyjna związana jest z cząsteczką specjalnym wiązaniem koordynacyjnym, np.:
[Cu(NH3)4 (H2O)2]+3, [Cr(H2O)6]+3
Woda krystalizacyjna jest związana w kryształkach związków jonowych w ilościach stechiometrycznych np. CuSO4.5H2O. Usunięcie jej z takich substancji jest bardzo trudne.
Woda sieciowa. Podczas ogrzewania związków zawierających wodę sieciową nie obserwuje się powstawania nowych faz. Woda ta zawarta jest pomiędzy warstwami sieci krystalicznej.
Woda w przyrodzie
Woda w przyrodzie nigdy nie jest czysta, lecz zawiera pewną ilość zawiesin, rozpuszczonych związków chemicznych i gazów. Woda z opadów atmosferycznych jest stosunkowo najbardziej czysta. Zawiera jednak zawsze pewne ilości pyłów i rozpuszczonych gazów. Woda rzek i jezior zawiera pewne ilości rozpuszczonych soli, głównie węglanu wapniowego i magnezowego. Woda morska zawiera duże ilości soli przede wszystkim NaCl. W Bałtyku zasolenie jest stosunkowo małe i wynosi 2%.
Twardość wody. Zapotrzebowanie wody dla celów przemysłowych jest duże i wzrasta w dużym tempie. W zależności od celów woda musi być odpowiednio oczyszczona. Duże wymagania stawia się wodzie do zasilania kotłów. Musi być ona pozbawiona soli mineralnych a przede wszystkim węglanu wapnia. W czasie gotowania węglan wapnia osadza się na ściankach tworząc tzw. kamień kotłowy. Kamień kotłowy ma bardzo małe przewodnictwo cieplne, co powoduje duże straty ciepła. Nagłe odpryski kamienia kotłowego mogą doprowadzić do przegrzania wody i wybuchu kotła. Woda używana w przemyśle włókienniczym nie może zawierać soli metali ciężkich. Szczególnie duże wymagania stawia się wodzie do picia. Wprowadzono pojęcie twardości wody. Dotyczy ono zawartości w wodzie związków wapnia, magnezu, żelaza i krzemu. Twardość wody wyraża się w stopniach, np. jeden stopień francuski oznacza zawartość 1 g węglanu wapnia w 100 dcm3 wody. Wprowadza się następujące pojęcia:
Twardość całkowita, która jest sumą twardości węglanowej i niewęglanowej.
Twardość węglanowa - spowodowana zawartością Ca(HCO3)2 i Mg(HCO3)2. Można ją usunąć przez zagotowanie wody.
Ca(HCO3)2 = CaCO3 +H2O+CO2
Twardość niewęglanowa - spowodowana zawartością w wodzie innych soli wapnia i magnezu, jak np. CaSO4, MgSO4, CaCl2 i MgCl2.