L'aigua és el compost més abundant sobre la superfície terrestres i cobreix un 70% del planeta. A la natura l'aigua existeix en els tres estats: líquid, sòlid i gasós. Es troba en equilibri dinàmic entre el líquid (aigua líquida) i el gas (vapor d'aigua) a la temperatura i pressió estàndards. A temperatura ambient és una substància inodora i insípida i gairebé incolora amb un lleuger color tenyit de blau.
Moltes substàncies es dissolen en l'aigua i aquesta s'anomena sovint com el solvent universal. Per això l'aigua en la natura i en el seu ús rarament és pura i algunes de les seves propietats poden variar lleugerament respecte a les de la substància en estat pur. Tanmateix hi ha molts compostos que són essencialment, si no completament, insolubles en l'aigua. L'aigua és l'única substància comuna que es troba de manera natural en els tres estats de la matèria i és essencial per la vida a la Terra.United Nations El cos humà està compost del 55% al 78% d'aigua.Re: What percentage of the human body is composed of water? Jeffrey Utz, M.D., The MadSci Network
Nom sistemàtic de l'aigua El nom acceptat en la nomenclatura acceptada de la IUPAC per l'aigua és oxidanMononuclear hydrides in A Guide to IUPAC Nomenclature of Organic Compounds (Recommendations 1993) online version by ACDLabs o en anglès water, o els seus equivalents an altres llengües, tanmateix hi ha altres noms sistemàtics que es poden utilitzar per descriure la molècula d'aigua.Preamble to chemical nomenclature
El nom sistemàtic més simple per a l'aigua és òxid d'hidrogen. Aquest nom és anàleg a compostos relacionats com peròxid d'hidrogen, sulfur d'hidrogen, i òxid de deuteri (aigua pesant). L'altre nom sistemàtic, oxidan, és acceptat per la IUPAC com un nom derivat del nom sistemàtic pels grups substituents basats en l'oxigen,Leigh, G. J. et al. 1998. Principles of chemical nomenclature: a guide to IUPAC recommendations, p. 99. Blackwell Science Ltd, UK. però tenen altres noms recomanats. Per exemple, el nom hidroxil es recomana per davant doxidanil per al grup –OH. El nom d'oxan explícitament és mencionat per la IUPAC com inadequat per a aquest propòsit, ja que ja és el nom d'un èter cíclic que també rep el nom de tetrahidropirà. La forma polaritzada de la molècula d'aigua, H+OH−, també s'anomena hidròxid hidrò (hydron hydroxide) en la nomenclatura IUPAC.
El monòxid de dihidrogen (Dihydrogen monoxide, DHMO) és un nom que rarament es fa servir per a l'aigua. Aquest terme s'ha fer servir en diversos enganys o falses alarmes que deien que era un "producte químic letal" que s'hauria de prohibir. Altres noms sistemàtics per l'aigua inclouen l'''àcid hidròxic, àcid hidroxílic, i hidròxid d'hidrogen. Existeixen tant els noms d'àcids com de bases alcalines perquè l'aigua és amfotèrica (capaç de reaccionar tant en un àcid com en un àlcali). Cap d'aquests noms exòtics es fan servir àmpliament.
Història La primera descomposició de l'aigua en hidrogen i oxigen per electròlisi l va fer William Nicholson. El 1805, Joseph-Louis Gay-Lussac i Alexander von Humboldt demostraren que l'aigua està composta de dues parts d'hidrogen i una part d'oxigen.
Gilbert Newton Lewis aïllà la primera mostra d'aigua pesant pura el 1933.
Les propietats de l'aigua històricament s'han utilitzat per definir diverses escales de temperatura. Notablement l'escala Kelvin, Celsius, Rankine, i Fahrenheit que ho estaven segons el punt de congelació i d'ebullició de l'aigua. Les escales menys comunes Delisle, Newton, Réaumur i Rømer es van definir de manera similar. El punt triple de l'aigua s'utilitza més comunament com a estàndard en l'actualitat.
Formes de l'aigua Com moltes substàncies, l'aigua pot adoptar nombroses formes que es categoritzen com fase de la matèria. La fase líquida és la més comuna entre les fases de l'aigua (dins l'atmosfera de la Terra i la superfície) i és la forma amb la que generalment es denota la paraula "aigua." La fase sòlida de l'aigua es coneix amb el nom de gel i comunament pren l'estructura de cristalls amalgamats durs, com els glaçons de gel, o cristalls granulars acumulats lliurement, com és la neu. La fase gasosa de l'aigua es coneix com a vapor d'aigua, i es caracteritza pel fet que l'aigua assumeix la configuració d'un núvol transparent encara que el vapor visible dels núvols és, de fet, format per diminutes gotes d'aigua en estat líquid suspeses a l'aire. El quart estat de l'aigua és en forma de fluid supercrític, i és molt menys comú que els altres tres estats i només rarament ocorre en la natura i ho fa en condicions extremadament inhòspites (com en algunes erupcions volcàniques submarines. Quan l'aigua aconsegueix una temperatura crítica i una pressió crítica específiques (647 K i 22,064 MPa), la fase líquida i gasosa es fusionen en una fase fluida homogènia amb les propietats de les dues fases que s'han fusionat. En qualsevol lloc on hi hagi una activitat volcànica submarina per sota d'una fondària de 2,25 km es pot esperar que hi hagi aigua en la fase supercrítica.22.064 MPa / ((1 kg * gravity on earth) per liter) = 2.25 km
L'estàndard de Viena (Vienna Standard Mean Ocean Water) és l'actual estàndard tècnic internacional pels isòtops de l'aigua. En l'aigua que es presenta de manera natural està composta gairebé completament de l'isòtop d'hidrogen sense neutrons proti. Només en 155 ppm (parts per milió) inclou el deuteri que és un isòtop d'hidrogen amb un neutró, i menys de 20 parts per quintilió de triti que en té dos. Laigua pesant és un tipus d'aigua amb més proporció de deuteri que la mitjana, fins al 100%. Químicament és similar però no idèntica a l'aigua normal. El deuteri, que és més pesant que el triti, causa notables diferències en l'energia dels enllaços químics. Pel fet que les molècules d'aigua bescanvien àtoms d'hidrogen amb les altres l'òxid de deuteri (DOH) és molt més comú en l'aigua pesant de baixa puresa que el monòxid de dideuteri (D₂O). Els éssers humans generalment no són conscients de les diferències de gust, però de vegades tenen una sensació de cremor o un gust dolç. Les rates, tanmateix, són capaces d'evitar l'aigua pesant per l'olor que aquesta fa. L'aigua pesant és tòxica per a molts animalss, es fa servir en el reactor nuclear industrialment per moderar els neutrons. També hi ha reactors nuclears que utilitzen aigua "lleugera".Aigua lleugera' més específicament es refereix a deuteri empobrit en l'aigua (DDW), o sigui aigua en la qual el contingut de deuteri s'ha abaixat per sota del nivell estàndard de 155ppm. S'ha trobat que l'aigua lleugera (en el sentit d'empobrida de deuteri) és beneficiosa per millorar la supervivència al càncer en rates i ratolins de laboratori i en humans sotmesos a quimioteràpia.
Física i química miniatura|Calor d'evaporització de l'aigua des de la fusió fins a la temperatura crítica L'aigua és la substància química amb la fórmula química H₂O: una molècula d'aigua té dos àtoms d'hidrogen enllaçats covalentment amb un sol àtom d'oxigen. L'aigua és un líquid, a les condicions estàndards, té gust i color depenguent en els minerals que tingui l'aigua quan es presenta en petites quantitats però té intrínsecament un lleuger color blau, el gel pur també és incolor i el vapor és essencialment invisible, ja que és un gas. L'aigua és principalment un líquid sota condicions estàndard, la qual cosa no es prediu d'acord amb les seves relacions amb híbrids anàlegs de la família de l'oxigen dins la taula periòdica dels elements que són gasos com el sulfur d'hidrogen. Els elements que envolten l'oxigen en la taula periòdica, nitrogen, fluor, fòsfor, sofre i clor, es combinen tots amb hidrogen per produir gasos en les condicions estàndards. El motiu pel qual l'aigua forma un líquid és perquè l'oxigen és més electronegatiu que els elements citats anteriorment amb l'excepció del fluor. L'oxigen atrau els electrons amb més força que l'hidrogen resultant en una càrrega neta positiva sobre els àtoms d'hidrogen i una càrrega neta negativa sobre l'àtom d'oxigen. La presència d'una càrrega en cadascun d'aquests àtoms dona a cada molècula d'aigua un moment dipolar. L'atracció elèctrica entre les molècules d'aigua per aquest dipol empeny les molècules individuals a estar molt a prop entre elles, fent més difícil separar-les i, per tant, arribar al punt d'ebullició. Aquesta atracció es coneix amb el nom d'enllaç d'hidrogen. Les molècules d'aigua constantment s'estan movent les unes respecte a les altres, i les enllaços d'hidrogen contínuament es trenquen i refent-se a l'escala de temps de 200 femtosegons. Tanmateix aquest enllaç és prou fort per crear moltes propietats de l'aigua, com les que la fan fonamental per la vida. Es pot descriure l'aigua com líquid d'una molècula polar que es dissocia lleugerament desproporcionadament en ió oxoni i un ió hidròxid associat. La constant de dissociació per aquesta dissociació se simbolitza com Kw i té un valor d'uns 10−14 a 25 °C.
Aigua gel i vapor Capacitat calorífica i calor de vaporització i de fusió + Calor de vaporització Temperatura (°C) Hv (kJ/mol) 0 45.054 25 43.99 40 43.35 60 42.482 80 41.585 100 40.657 120 39.684 140 38.643 160 37.518 180 36.304 200 34.962 220 33.468 240 31.809 260 29.93 280 27.795 300 25.3 320 22.297 340 18.502 360 12.966 374 2.066 L'aigua té la segona capacitat de calor específica de totes les substàncies conegudes, després de l'amoníac, i també la calor de vaporització (40.65 kJ/mol o 2257 kJ/kg més alt al punt normal d'ebullició); totes dues són el resultat de l'extens enllaç d'hidrogen entre les molècules. Aquestes dues inusuals propietats moderen el clima de la Terra amortint les fluctuacions de la temperatura. D'acord amb Josh Willis, del Laboratori de Propulsió jet de la NASA, els oceans terrestres absorbeixen unes mil vegades més calor que l'aire atmosfèric i sostenen un 80 a 90% del calor de l'escalfament global. L'entalpia de fusió específica de l'aigua és 333,55 kJ/kg a 0 °C. De les substàncies comunes només l'amoníac la té més alta. Aquesta propietat dona resistència a la fusió del gel de les glaceres i del gel en deriva. Abans de l'invent de la refrigeració mecànica el gel es feia servir per a conservar els aliments. + Capacitat calorífica a pressió constant Temperatura (°C) Cp (J/(g•K) at 100 kPa) 0 4.2176 10 4.1921 20 4.1818 30 4.1784 40 4.1785 50 4.1806 60 4.1843 70 4.1895 80 4.1963 90 4.205 100 4.2159
Nota, la capacitat de calor específica del gel a –10 °C és d'uns 2,05 J/(g•K) i la del vapor a 100 °C és 2,080 J/(g•K).
Densitat de l'aigua i el gel + Densitat de l'aigua líquidaTemp (°C)Densitat (kg/m³)Lide, D. R. (Ed.) (1990). CRC Handbook of Chemistry and Physics (70th Edn.). Boca Raton (FL):CRC Press.Aigua – Densitat i pes específic +100958.4 +80971.8 +60983.2 +40992.2 +30995.6502 +25997.0479 +22997.7735 +20998.2071 +15999.1026 +10999.7026 +4999.9720 0999.8395 −10998.117 −20993.547 −30983.854
La densitat de l'aigua és aproximadament d'un gram per centímetre cúbic. De manera més precisa això depèn de la temperatura però no de manera linear i és unimodal més que no pas monòtona. Quan es refreda per sota la temperatura d'una habitació l'aigua líquida esdevé més densa, com també fan altres substàncies, just fins que a uns 4 °C, l'aigua pura assoleix la seva màxima densitat i si se segueix refredant s'expandeix i passa a ser menys densa. Aquesta inusual expansió tèrmica s'atribueix a interaccions intermoleculars fortes que depenen de l'orientació i també es troba en la sílice fosa.