نگاه کلي
ادامه حيات در موجودات وابسته به آب است که فراوانترين ماده در بافتهاي گياهي و حيواني و دنياي اطراف ما مي‌باشد. بيش از 80 درصد سطح زمين را آب پوشانده است که به‌صورت آب نسبتا خالص در رودخانه و درياچه‌ها و محلول رقيق نمک در اقيانوسها و به‌صورت جامد تقريبا خالص در دشتهاي برف و رودخانه‌هاي يخي و پهنه‌هاي يخي قطبي وجود دارد. خواص غير عادي آب ، اثر عميقي بر ماهيت محيط زيست دارد.
بالا بودن گرماي ويژه آب از تغييرات زياد دماي سطح زمين جلوگيري مي‌کند. حجم عظيم آب در اقيانوسها و درياها گرماي خورشيد را در طول روز جذب کرده ، بدون تغيير دماي قابل ملاحظه‌اي آن را شب به اتمسفر بر مي‌گردانند. در روي کره ماه که آب وجود ندارد و سطح آن صخره‌هايي با گرماي ويژه پايين ( يک پنجم گرماي ويژه آب ) تشکيل شده است، گستره دمايي مي‌تواند از 150 درجه تا 120 درجه تغيير کند.
توجيه خواص ويژه آب با پيوند هيدروژني
مولکول آب از يک اتم اکسيژن و دو اتم هيدروژن تشکيل شده است و داراي ساختماني خميده مي‌باشد. خواص غير عادي آب حاکي از آن است که در اين مولکول يک نوع نيروي بين مولکولي قوي وجود دارد. اين نيروي قوي ، جاذبه ميان H از يک مولکول آب و اکسيژن از مولکول ديگر مي‌باشد و به پيوند هيروژني موسوم است.
اختلاف الکترونگاتيوي ميان O و H به اندازه ايست که ابر الکتروني در H2O ( و مولکولهاي مشابه مانند NH3 , NF ) از هيدروژن به طرف اکسيژن جابجا مي‌شود و هيدروژن در تاثير متقابل با مولکولهاي مجاور تقريبا مانند يک پروتون عمل مي‌کند. اندازه کوچک هيدروژن باعث مي‌شود که اتم اکسيژن از مولکول مجاور به آن نزديک شده ، پيوندي ميان آنها ايجاد شود.
نکته مهم اين است که پيوند هيدروژني فقط بين H و اکسيژن و نيتروژن و فلوئور ايجاد مي‌شود. خواص غير عادي آب با پيوند هيدروژني توجيه مي‌شود.
بالابودن گرماي ويژه آب
بالا بودن گرماي ويژه آب نسبت به ديگر مايعات و جامدات ، نشان دهنده مقدار بالاي انرژي لازم براي شکستن پيوندهاي هيدروژني آب است. تعداد پيوندهاي هيدروژني با افزايش دما کم مي‌شود، ولي حتي تا 100 درجه ، آن‌قدر پيوند هيدروژني موجود است تا باعث شود گرماي تبخير آب در مقايسه با ساير مايعات بالاتر باشد (540cal/gr). همان گونه که اشاره شد، اين خاصيت آب ، سبب شده است که آب نقش تنظيم کننده حرارتي داشته باشد و جهان را در برابر تغييرات ناگهاني دما حفظ کند.
بالا بودن گرماي تبخير آب به مقدار زيادي باعث ثابت ماندن دماي بدن در محدوده کم مي‌شود. مقدار زيادي از گرماي حاصل از سوخت و ساز بدن از طريق تبخير سطحي آب از ميان روزنه‌هاي پوست خارج مي‌شود.
افزايش حجم آب هنگام انجماد
هنگام انجماد آب ، مولکولهاي H2O در يک شش ضلعي باز قرار مي‌گيرند. هر اتم اکسيژن در بلور يخ به 4 هيدروژن وصل مي‌شود که با 2 اتم هيدروژن پيوند کووالانسي معمولي و با دو تاي ديگر پيوند هيدروژني تشکيل مي‌دهد. بالا بودن نسبت فضاي خالي در ساختمان يخ ، باعث کمتر شدن تراکم آن نسبت به آب مي‌شود. افزايش حجم ، باعث کاهش چگالي آب مي‌شود. سرد شدن آب تا زير 4 درجه باعث کاهش تدريجي چگالي آب مي‌شود و اين نشان مي‌دهد که در نقطه انجماد آب انتقال از يک ساختمان مولکولي فشرده و بسته به يک ساختمان باز به‌طور ناگهاني صورت نمي‌گيرد، بلکه به‌تدريج و در گستره دما انجام مي‌شود.
با کاهش دما مولکولهاي بيشتري به شکل ساختمان يخ مي‌پيوندند و در دماي زير 4 درجه تبديل به ساختمان باز بر انقباض حاصل از سرد کردن غلبه کرده ، با پايين آمدن دما به سمت 0 درجه آب منبسط مي‌شود. انبساط آب به هنگام انجماد هم اثرات مفيد و هم اثرات مضري دارد. انجماد آب در بافتهاي گياهي و جانوري باعث تخريب ديواره سلولي در اثر انبساط مي‌شود. اما همين فرايند انبساط در اثر يخ زدن آب در حفره‌هاي سنگها و صخره‌ها باعث شکستن سنگها شده و ايجاد خاکهاي حاصلخيز مي‌کند.
دانسيته آب
تغيير دانسيته آب با دما که اين تغيير در 4 درجه به حداکثر مقدار خود مي‌رسد در ناحيه‌هايي که آب و هواي زمستاني دارند اهميت فراواني دارد با پائين آمدن دماي هوا لايه‌هاي متراکم‌تر آب در سطح درياچه به کف آن جابجا مي‌شوند و در اين فرايند گردشي اکسيژن و مواد غذايي تقريبا بطور يکنواخت به تمام قسمتهاي درياچه مي‌رسد.
بعد از رسيدن به حالت پايدار دماي قسمت زيرين آب به 4 درجه مي‌رسد و باعث مي‌شود تا جانوران آبزي در زمستان به زندگي خود ادامه دهند. از طرف ديگر کم بودن دانسيته يخ نسبت به آب باعث شناور شدن يخ در سطح آب مي‌شود. اگر يخ سنگين‌تر از آب بود آب کف درياها و رودخانه‌ها يکپارچه منجمد مي‌شد و عواقب خطرناکي براي آبزيان در پي داشت.
کشش سطحي
پيوند هيدروژني بين مولکولهاي آب باعث تشکيل غشاي نسبتا محکمي در سطح آن مي‌نمايند که در نتيجه باعث مي‌شود که يک سوزن يا تيغ بر روي آب بماند يا برخي حشرات در سطح آب راه روند همچنين اين خاصيت باعث بالا رفتن آب از لوله‌هاي موئين مي‌شود. کشش سطحي آب با افزايش دما به دليل کم شدن پيوندهاي هيدروژني کاهش مي‌يابد.
خاصيت تر کنندگي
اگر نيروهاي ما بين مولکولي مايع کمتر از نيروي متقابل بين مايع و يک جسم جامد باشد مايع در سطح جامد پخش مي‌شود که خاصيت تر کنندگي نام دارد. ايجاد سطح مقعر بر آب موجود در لوله‌هاي نازک با توجه به پديده تر کردن توجيه مي‌شود. خاصيت تر کنندگي آب باعث استفاده از آن در شستشو مي‌شود. دماي بالا و شوينده‌ها خاصيت تر کنندگي آب را بالا مي‌برند.
قطبيت
قطبيت آب به دليل اختلاف الکترونگاتيوي بين اتمهاي اکسيژن و هيدروژن مي‌باشد.
استفاده از آب به عنوان حلال
آب به دليل ثابت دي‌الکتريک بالا و همچنين داشتن قطبيت ترکيبات يوني را در خود حل مي‌کند. ثابت دي‌الکتريک بالاي آب باعث کاهش نيروي جاذبه ميان يونها مي‌شود. در نتيجه احتمال ترکيب مجدد آنها و خارج شدن به صورت رسوب را کم مي‌کند. آب از معدود مايعاتي است که مي‌تواند در دماي اتاق مقدار زيادي از ترکيبات يوني را در خود حل کند. همچنين آب مواد مولکولي مانند متانول ، آمونياک ، اوره و … را که مي توانند با آب پيوند هيدروژني برقرار کنند هم در خود حل مي‌کند.

منبع : دانشنامه رشد