Vatten (H2O) – egenskaper, faser och betydelse för livet

Vatten är en vätska. Vatten är det enda kemiska ämne på jorden som finns naturligt i tre tillstånd. Det finns över 40 anomalier (märkliga saker) om vatten. Till skillnad från de flesta andra vätskor, t.ex. alkohol eller olja, expanderar vatten med ca 9 % när det fryser. Denna expansion kan leda till att rören går sönder om vattnet i dem fryser.

Vatten är en molekyl som består av två väteatomer och en syreatom. Dess kemiska formel är H₂ O. Liksom andra vätskor har vatten en ytspänning, så lite vatten kan göra droppar på en yta, i stället för att alltid sprida sig ut för att fukta ytan.

Saker som har något med vatten att göra kan ha "hydro" eller "aqua" i sitt namn, till exempel vattenkraft eller akvarium, från de grekiska och latinska namnen på vatten. Det kallas också för det "universella lösningsmedlet" eftersom det löser upp många andra föreningar.

I små mängder verkar vatten inte ha någon färg, men i stora mängder (t.ex. i hav eller sjöar) har det en mycket ljusblå färg.

Växter och djur (inklusive människor) består till största delen av vatten och måste dricka vatten för att leva. Det ger ett medium för kemiska reaktioner och är huvuddelen av blodet. Det håller kroppstemperaturen jämn genom att svettas från huden. Vatten hjälper blodet att transportera näringsämnen från magen till alla delar av kroppen för att hålla kroppen vid liv. Vatten hjälper också blodet att transportera syre från lungorna till kroppen. Saliv, som hjälper djur och människor att smälta maten, består till största delen av vatten. Vatten hjälper till att göra urin. Urin hjälper till att avlägsna dåliga kemikalier från kroppen. Människokroppen består av 60-70 % vatten, men detta värde varierar med åldern, dvs. ett foster består till 95 % av vatten.

Vatten är huvudbeståndsdelen i drycker som mjölk, juice och vin. Varje typ av dryck innehåller också andra saker som ger smak eller näringsämnen, t.ex. socker, frukt och ibland alkohol. Vatten som en person kan dricka kallas "dricksvatten" (eller "dricksvatten"). Vattnet i haven är saltvatten, men sjöar och floder har vanligtvis osaltat vatten. Endast cirka 3 % av allt vatten på jorden är sötvatten. Resten är saltvatten.

Många platser, inklusive städer och öknar, har inte så mycket vatten som människor vill ha. De bygger akvedukter för att föra vatten dit.

Även om människor kan överleva några månader utan mat kan de bara överleva en dag eller två utan vatten. Några få ökendjur kan få tillräckligt med vatten från sin föda, men de andra måste dricka. Vatten har ingen lukt, smak eller färg.

Vatten används också för rekreation, se listan över vattensporter.

Vatten används både som kylmedel och neutronmoderator i de flesta kärnreaktorer. Det kan vara vanligt vatten (kallat lätt vatten inom kärnkraftsindustrin) eller tungt vatten.

Vatten används också för att tvätta många föremål. Varor, tjänster och människor transporteras till andra länder i vattenfarkoster på vattendrag.

Vatten används i kemiska reaktioner som lösningsmedel eller reaktant. Vatten används också vid brandbekämpning. Vatten används också för matlagning.

I parodin om diväteoxid kallas vatten för det okända kemiska namnet "diväteoxid" (DHMO) och några av dess skadliga effekter räknas upp på ett alarmerande sätt. Några exempel är att man talar om hur "den orsakar brännskador, kvävning och korrosion", när man i själva verket bara talar om varmt vatten, drunkning och rost. Ibland kräver parodin att det ska förbjudas och/eller märkas som farligt.

Skämtet fungerar eftersom det utnyttjar människors missförstånd. Att kalla vatten för ett okänt namn och få det att låta som en skadlig kemikalie kan få folk att tro att det är farligt.

"Dihydrogenmonoxid" är ett alternativt kemiskt namn för vatten, men ingen använder det. Ordet "dihydrogen" betyder två väten och "monoxide" betyder ett syre. Den kemiska formeln för vatten har två väteämnen och ett syre.

Parodin fick sin största popularitet på 1990-talet, när en 14-åring vid namn Nathan Zohner samlade in petitioner mot DHMO för ett vetenskapligt projekt om godtrogenhet. Zohner lurade många människor, vilket har lett till att hans projekt har använts i lektioner om kritiskt tänkande och den vetenskapliga metoden.

Webbplatsen DHMO.org är en skämtwebbplats som listar de skadliga effekterna av vatten (DHMO), svarar på frågor och kräver bland annat att det ska förbjudas.

Vattnets konstigheter

I ett kort reportage på BBC förklaras att alla molekyler på jorden har funnits i miljarder år och att de alla kommer från annat håll. Vatten är främmande eftersom det kom med asteroider och kometer. Det är den näst vanligaste molekylen i universum. Varför är det inte en gas? Den består av två mycket lätta grundämnen. Is som flyter på vatten är också en märklig sak. Dessutom fryser varmt vatten snabbare än kallt, och ingen vet varför. Vattenmolekyler kan röra sig uppåt mot gravitationskraften (vilket beror på ytans vidhäftning).

Vatten i universum

En stor del av universums vatten produceras som en biprodukt vid stjärnbildning. Den 22 juli 2011 beskrevs i en rapport upptäckten av ett gigantiskt moln av vattenånga som innehåller "140 biljoner gånger mer vatten än alla jordens oceaner tillsammans" runt en kvasar som ligger 12 miljarder ljusår från jorden. Enligt forskarna visar upptäckten att vatten har funnits i universum under nästan hela dess existens.

Vatten har upptäckts i interstellära moln i vår galax, Vintergatan. Vatten finns förmodligen i riklig mängd även i andra galaxer. Dess beståndsdelar, väte och syre, är bland de vanligaste grundämnena i universum. De flesta andra planetsystem har sannolikt liknande beståndsdelar.

Vattnets ursprung på jorden: Möjligheter

Vi vet inte exakt hur det kom sig att jorden hade så mycket vatten. Det finns överallt i universum, men det är ovanligt att en plats har så mycket vatten. Om man utgår från de första principerna har alla grundämnen utom väte bildats i stjärnor. Därför bildades syre ursprungligen i stjärnor. Bildandet av vatten är inget problem: det är exotermiskt, så för att bilda molekylen från dess atomer behövs ingen energi utifrån. Men att förklara varför jorden har så mycket vatten jämfört med till exempel Mars är inte lätt. Det är ett obeslutsamt problem inom planetgeologin.

Ett tag trodde man att jordens vatten inte kom från planetens region i den protoplanetära skivan. I stället trodde man att vatten och andra flyktiga ämnen måste ha levererats till jorden från det yttre solsystemet senare i dess historia. Men väte inuti jorden spelade en viss roll i bildandet av havet. De två idéerna kan var och en ha delvis rätt. Vatten levererades till jorden genom nedslag från isiga planetesimaler (asteroider) i asteroidbältets ytterkanter. Hur mycket är inte känt.

Vattenånga

Vattenånga är vattnets gasform och finns i:

• Solens atmosfär: Den innehåller små mängder vatten.
• Atmosfären på Merkurius: Den består till 3,4 % av vatten. Merkurius har stora mängder vatten i sin exosfär.
• Atmosfären på Venus: Den består av 0,002 % vatten.
• Jordens atmosfär: Den består av 0,4 % vatten i hela atmosfären. På jordens yta finns det vanligtvis 1-4 % vatten. Vattenånga finns också i små mängder i månens extremt tunna atmosfär.
• Atmosfären på Mars: Den består till 0,03 procent av vatten.
• Atmosfären i Ceres.
• Jupiters atmosfär: Den består av 0,0004% is. Det finns också vatten i dess måne Europa.
• Atmosfären i Saturnus: Den innehåller vatten i form av is. Enceladus består till 91 procent av is och is finns också i Diones exosfär.
• Atmosfären på Uranus: Is finns i små mängder.
• Atmosfären på Neptunus: Is finns också djupt i Neptunus atmosfär.
• Atmosfären hos extrasolära planeter som HD 189733 b och HD 209458 b, Tau Boötis b, HAT-P-11b, XO-1b, WASP-12b, WASP-17b och WASP-19b.
• Stjärnornas atmosfärer: Vattenånga finns i heta jättestjärnor som Betelgeuse, Mu Cephei, Antares och Arcturus.

Flytande vatten

Flytande vatten finns på jorden. Det täcker ungefär 71 % av jordens yta. Flytande vatten finns ibland i små mängder på Mars. Forskare tror att flytande vatten finns på månarna Enceladus, Titan, Europa och Ganymedes.

Fryst vatten

Den frysta formen av vatten (is) finns i:

• Mars: Vattenis finns vid Mars nord- och sydpoler.
• Jorden och månen: Det finns främst i form av isskikt på jorden och i kratrar och vulkaniska bergarter på månen.
• Ceres
• Jupiters månar: Den finns på Europa, Ganymedes och Callisto.
• Saturn: Den finns i Saturnus planetariska ringar. Den finns också på Titan och Enceladus.
• Pluto och Charon
• Kometer och andra objekt i Kuiperbältet och Oortmolnet.