Voda ali sistematično oksidan je anorganska spojina s kemijsko formulo H2O. Je skoraj brezbarvna prozorna snov brez vonja in okusa in glavna sestavina Zemljine hidrosfere in tekočin v vseh znanih živih organizmih, v katerih deluje kot topilo. Voda je bistvenega pomena za vse znane oblike življenja, čeprav nima niti kalorij niti organskih hranil.
Njena kemijska formula H2O kaže, da njene molekule vsebujejo en kisikov in dva vodikova atoma, povezana s kisikom s kovalentno vezjo. Kot med vodikovima atomoma meri 104,45°. Naziv "voda" se običajno uporablja za vodo v tekočem agregatnem stanju pri standardni temperaturi in tlaku.
Voda ima več agregatnih stanj. V tekočem stanju v ozračju tvori dež in kot aerosol meglo. Oblaki so sestavljeni iz suspendiranih kapljic vode in ledu v njenem trdnem agregatnem stanju. Kristaliziran led lahko pade na zemljo kot sneg. Voda v plinastem agregatnem stanju tvori paro ali vodne hlape.
Voda pokriva približno 70,9 % zemeljske površine, večinoma v morjih in oceanih. Majhen del vode je v podtalnici (1,7 %), ledenikih in ledenih pokrovih Antarktike in Grenlandije (1,7 %), v zraku pa kot para, oblaki, sestavljeni iz ledu in tekoče vode, suspendirane v zraku in padavine (0,001 %). Voda se nenehno giblje skozi vodni krog izhlapevanja, transpiracije (evapotranspiracije), kondenzacije, padavin in vodotokov, ki običajno dosežejo morje.
Voda igra pomembno vlogo v svetovnem gospodarstvu. Približno 70 % sladke vode, ki jo porabijo ljudje, se porabi v kmetijstvu. Ribolov v slanih in sladkih vodah je glavni vir hrane v številnih delih sveta. Velik del trgovine z blagom na dolge razdalje, kot so nafta, zemeljski plin in industrijski izdelki, se prevaža z ladjami po morjih, rekah, jezerih in kanalih. Velike količine vode, ledu in pare se uporabljajo za hlajenje in ogrevanje v industriji in gospodinjstvih. Voda je odlično topilo za najrazličnejše snovi, tako anorganske kot organske, in se kot taka pogosto uporablja v industrijskih procesih ter pri kuhanju in pranju. Voda, led in sneg so tudi osrednjega pomena za številne športe in druge oblike zabave, kot so plavanje, čolnarjenje, deskanje, športni ribolov, potapljanje, drsanje in smučanje.
Etimologija Beseda voda izvira iz protoindoevropske besede *wod-or, končnične oblike korena *wed- (»voda«, »mokro«). Preko indoevropskega korena ima podobno ime tudi v drugih jezikih: v grščini ύδωρ (ýdor), v ruščini вода́ (vodá), v irščini uisce in v albanščini ujë.
Lastnosti Voda je polarna anorganska spojina, pri sobni temperaturi tekočina brez okusa in vonja. Je skoraj brezbarvna z rahlo modrim pridihom. Je najenostavnejši vodikov halkogenid in daleč najbolj preučevana kemijska spojina. Zaradi sposobnosti raztapljanja veliko snovi je opisana kot »univerzalno topilo«. Ta lastnost ji omogoča, da je »topilo življenja«. V naravi skoraj vedno vsebuje raztopljene različne snovi, zato so za pridobivanje kemično čiste vode potrebni posebni postopki. Voda je edina običajna snov, ki v normalnih pogojih na Zemlji istočasno obstaja v tekočem, trdnem in plinastem agregatnem stanju.
Stanja
Spojina s formulo H2O ima dve uradni imeni: voda in oksidan. Voda se imenuje tudi tekoča faza H2O. Drugi dve običajni stanji vode sta trdni led in plinasti hlapi ali para. Dodajanje ali odvzemanje toplote lahko povzroči fazne spremembe: zmrzovanje pretvori vodo v led, taljenje led v vodo, izparevanje vodo v paro, kondenzacija paro v vodo, sublimacija led v paro in depozicija paro v led.
Gostota Voda se razlikuje od večine tekočin po tem, da se ji po zamrzovanju gostota zmanjša. Med druge snovi s to lastnostjo spadajo tudi bizmut, silicij, germanij in galij. Pri tlaku 1 atm doseže voda svojo maksimalno gostoto 1.000 kg/m3 pri temperaturi 3,98 °C. Gostota ledu je 917 kg/m3, kar pomeni povečanje volumna za približno 9%. Ekspanzija lahko povzroči ogromne pritiske, ki povzročajo pokanje vodovodnih cevi in skalovja.
V jezerih in oceanih se voda s temperaturo 4 °C potopi na dno, led pa plava na tekoči vodi in tvori ledeno skorjo. Led kot toplotni izolator prepreči, da bi voda pod njim zmrznila. Brez te zaščite večina vodnih organizmov ne bi preživela zime.
Magnetizem Voda je diamagnetna snov. S superprevodnimi magneti lahko kljub temu doseže opazno interakcijo.
Fazni prehodi Pri tlaku 1 atm se led tali ali voda zmrzuje pri 0 °C. Pri enakem tlaku voda vre ali para kondenzira pri 100 °C. Voda lahko prehaja v plinasto fazo tudi pri nižjih temperaturah z izhlapevanjem na površini (vretje je definirano kot izparevanje po celem volumnu). Na površinah se dogajata tudi sublimacija in odlaganje. Primer: zmrzal se odlaga na hladnih površinah, medtem ko snežinke nastanejo z odlaganjem na delce aerosola ali ledeno jedro. V procesu sušenja z zamrzovanjem se živilo zamrzne in nato shrani pri nizkem tlaku, da led na njegovi površini sublimira. Tališče in vrelišče sta odvisna od tlaka. Dober približek odvisnosti temperature tališča od tlaka je Clausius–Clapeyronova enačba:
v kateri sta in molska volumna tekoče in trdne faze, pa molska talilna toplota. V večini snovi se njihov volume med taljenjem povečuje, zato temperatura tališča z naraščajočim tlakom narašča. Ker ima led manjšo gostoto od vode, temperatura tališča z naraščajočim tlakom pada. V ledenikih so v velikih globinah tlaki dovolj visoki, da povzročijo taljenje ledu in nastajanje podledeniških jezer.
Clausius-Clapeyronova enačba velja tudi za vrelišče. Ker ima para po prehodu iz tekočine v plin veliko manjšo gostoto kot tekočina, vrelišče s tlakom narašča. V gejzirju Old Faithful v narodnem parku Yellowstone, na primer, temperatura vrelišča preseže 205 °C. V hidrotermalnih oddušnikih lahko temperatura preseže 400 °C.
Na morski gladini je vrelišče vode 100 °C. Z naraščajočo nadmorsko višino zračni tlak pada, zato pada tudi temperatura vrelišča: 1 °C vsakih 274 metrov. Kuhanje na velikih nadmorskih višinah zato traja dlje kot na morju. Na višini okoli 1.500 m, na primer, se čas kuhanja podaljša za četrtino. Velja tudi obratno: z naraščanjem tlaka (lonec na zvišan pritisk) se čas kuhanja skrajša. V vakuumu voda vre pri sobni temperaturi.
Trojna in kritična točka thumb|250px|Poenostavljen fazni diagram vode
Na faznem diagramu tlak/temperatura (glej sliko) so tri krivulje, ki ločujejo trdno fazo od plinaste, plinasto od tekoče in tekočo od trdne. Krivulje se stikajo v tako imenovani trojni točki, v kateri koeksistirajo vse tri faze. Trojna točka je pri temperaturi 273,16 K (0.01 °C) in tlaku 611.657 paskalov (0,00604 atm). Omenjeni tlak je najnižji tlak, pri katerem še lahko obstaja tekoča voda. Do leta 2019 se je trojna točka vode uporabljala za definiranje Kelvinove temperaturne lestvice.
Fazna krivulja voda/para se konča pri 647,096 K (373,946 °C) in 22,064 megapaskalih (217,75 atm). Točka je znana kot kritična točka. Pri višjih temperaturah in tlakih tekoča in parna faza vode tvorita neprekinjeno fazo, imenovano superkritična tekočina. Superkritična tekočina se lahko stisne ali ekspandira med plinu podobnimi in tekočini podobnimi gostotami, njene lastnosti, ki se precej razlikujejo od lastnosti vode pri sobnih pogojih, pa so občutljive na gostoto. Pri ustreznih tlakih in temperaturah, na primer, se lahko prosto meša z nepolarnimi spojinami, vključno z večino organskih spojin. Zaradi teh lastnosti postane uporabna za različne aplikacije, vključno z visokotemperaturno elektrokemijo in kot ekološko prijazno topilo ali katalizator v kemijskih reakcijah, v katere so vključene organske spojine. V Zemljinem plašču deluje kot topilo med tvorbo mineralov, raztapljanjem in obarjanjem.
thumb|left|Voda v treh agregatnih stanjih - kapljevinskem, trdnem (led) in plinastem (kot nevidna vodna para v zraku). Oblaki v ozadju so iz drobnih kondenziranih kapljic vode.
Faze ledu in vode Normalna oblika ledu na zemeljski površini je led Ih, ki kristalizira v heksagonalno kristalno simetrijo. Z naraščanjem tlaka nastaja led z drugimi kristalnimi strukturami. Do leta 2019 je bilo eksperimentalno potrjenih 17 struktur, več drugih pa predvidenih teoretično. Superionska osemnajsta oblika ledu (led XVIII), ploskovno centrirana kocka, je bila odkrita, ko je bila kapljica vode izpostavljena udarnemu valu, ki je povišal tlak na nekaj milijonov atmosfer in temperaturo na nekaj tisoč stopinj. Pri teh pogojih je nastala rešetka togih kisikovih atomov, v kateri so se prosto gibali vodikovi atomi. Če je led vgnezden med sloje grafena, tvori kvadratno rešetko.
Podrobnosti kemijske narave tekoče vode niso še povsem dognane. Nekatere teorije nakazujejo, da je nenavadno obnašanje posledica dveh tekočih stanj.
Okus in vonj Čista voda je običajno opisana kot tekočina brez okusa in vonja, čeprav imajo ljudje specifična čutila, ki zaznavajo prisotnost vode v ustih. Za žabe je znano, da jo lahko zavohajo. Voda iz naravnih virov, vključno z ustekleničeno mineralno vodo, ima običajno veliko raztopljenih snovi, ki ji lahko dajo različne vonje in okuse. Ljudje in živali so razvili čute, ki jim omogočajo oceniti pitnost vode, da bi se izognili preslani ali smrdeči vodi.
Barva in videz Čista voda je vidno modra zaradi absorbcije svetlobe v območju približno 600 nm – 800 nm. Barvo je mogoče zlahka opaziti v kozarcu vode iz pipe, postavljenem na čisto belo ozadje pri dnevni svetlobi. Glavni absorpcijski pasovi, odgovorni za barvo, so prizvoki razteznih vibracij vezi OH. Navidezna intenzivnost barve narašča z globino vodnega stolpca po Beerovem zakonu. To na primer velja tudi za bazene, če je vir svetlobe sončna svetloba, ki se odbija od belih ploščic bazena.
V naravi se lahko barva spremeni iz modre v zeleno zaradi prisotnosti suspendiranih trdnih snovi ali alg.
V industriji se za vodne raztopine uporablja skoraj infrardeča spektroskopija, saj večja intenzivnost nižjih tonov vode pomeni, da se lahko uporabljajo steklene kivete s kratko dolžino poti. Za opazovanje osnovnega razteznostnega spektra vode ali vodne raztopine v območju okoli 3500 cm−1 (2,85 μm)Nakamoto, Kazuo (1997). Infrared and Raman Spectra of Inorganic and Coordination Compounds, Part A: Theory and Applications in Inorganic Chemistry (5th ed.). New York: Wiley. str. 170. ISBN 0-471-16394-5. je potrebna dolžina poti približno 25 μm. Kiveta mora biti pri približno 3500 cm−1 prozorna in netopna v vodi. Za okenca kivet za vodne raztopine se pogosto uporablja kalcijev fluorid.
Ramanovo aktivne osnovne vibracije se lahko opazujejo v 1 cm vzorčni celici.
Vodne rastline, alge in drugi organizmi s fotosintezo lahko živijo v vodi do sto metrov globoko, do koder jih lahko doseže sončna svetloba. Globine pod 1000 metrov sončna svetloba praktično ne doseže.
Lomni količnik tekoče vode pri 20 °C je 1,333 in je veliko večji od lomnega količnika zraka (1,0). Lomni količnik vode je podoben lomnim količnikom alkanov in etanola in nižji od glicerola (1,473), benzena (1,501), ogljikovega disulfida (1,627) in običajnih vrst stekla (1,4 do 1,6). Lomni količnik ledu (1,31) je nekoliko nižji od lomnega količnika tekoče vode.
Polarna molekula thumb|Tetraedrična zgradba vode
V molekuli vode tvorita vodikova atoma s kisikovim atomom kot 104,45°. Vodikova atoma sta blizu dveh oglišč tetraedra s kisikovim atomom v središču. V drugih dveh ogliščih sta elektronska para valenčnih elektronov, ki ne sodelujeta v tvorbi vezi. V popolnem tetraedru bi koti merili 109,5°, ker je odboj med osamljenima elektronskima paroma večji od odboja med vodikovima atomoma, a se kot zmanjša na približno 104,5°. Dolžina vezi O–H je približno 0,096 nm.
Tetraedrično obliko imajo tudi druge molekule, na primer metan (CH4) in vodikov sulfid (H2S). Ker je kisik bolj elektronegativen (močneje veže svoje elektrone) kot večina drugih elementov, svoje elektrone obdrži, medtem ko sta vodikova atoma pozitivno nabita. Takšen razpored elektronov in upognjenost molekule dajeta molekuli električni dipolni moment in uvrstitev med polarne molekule.