Молекула водыпредставляет собой равнобедренный треугольник с двумя атомами водорода в основании и атомом кислорода в вершине. Атом кислорода в молекуле воды присоединяет к себе два электрона, отнятых от атомов водорода, и тем самым приобретает отрицательный заряд. Атомы водорода, лишенные электронов, становятся положительно заряженными протонами. Таким образом возникает полярность молекулыводы, т.е. отрицательный заряд со стороны атома кислорода и положительный заряд со стороны атомов водорода.
Положительно заряженное ядро водорода одной молекулы может соединяться с отрицательно заряженным атомом кислорода другой молекулы. В результате возникают так называемые водородные связи,которые у воды (в отличие от других жидкостей) гораздо прочнее, чем связи, обусловленные, межмолекулярными взаимодействиями. Преодоление этих связей при плавлении, испарении, нагревании воды требует гораздо большей энергии по сравнению с другими жидкостями. Это определяет ряд "аномалий" тепловых свойств воды.
Водяной пар состоит преимущественно из одиночных молекул воды без упорядоченного строения. Водородные связи не реализуются. В твердом состоянии (лед) строение воды в высокой степени упорядоченно. Молекулы составляют гексагональную 'структуру с прочными водородными связями. Эта структура "ажурная", т.е. относительно большое пространство занимают пустоты. Вода в жидком состоянии сохраняет элементы "льдоподобного" каркаса, пустоты которого частично заполняются одиночными молекулами, что обуславливает большую, чем у льда, плотность воды.
Вода — слабый электролит, т.е. ее молекулы способны делиться на ионы (диссоциировать) по уравнению
H2O↔H++OH-
При отсутствии примесей концентрации ионов H и OH (в молях на 1 л) равны между собой. При температуре от 0 до 50 [H+] = [OH-]=10-7. При наличии примесей это равенство может нарушиться. В случае преобладания ионов ОН- имеет место щелочная реакция воды, при избытке ионов Н+ — кислая. Для характеристики реакции используется водородный показательрН, равный логарифму концентрации водородных ионов, взятый с обратным знаком: рН = -lg[H+].
В природной воде всегда содержатс растворенные вещества. Их количество в единице объема — минерализация(мг/л), в единице массы - соленость(г/кг, или ‰).
Основную массу растворенных веществ составляют макрокомпоненты,к которым относятся анионы HCO3-, катионы Са2+, Mg2+, Na+, K+. Суммарное содержание Са2+ Mg+ определяет жесткость воды.
Многие вещества, содержащиеся в природной воде в значительно меньшем количестве, тем не менее играют важную роль в существовании водных экосистем, определяют потребительские свойства воды. Среди них выделяют следующие группы.
Биогенные вещества— соединения натрия, фосфора, кремния, железа, наиболее активно участвующие в жизнедеятельности растительных и животных организмов.
Органические вещества— сложные соединения, образующиеся в результате разложения растительных и животных организмов. Углерод составляет примерно половину их массы, а вместе с кислородом и водородом 95%.
Микроэлементы— вещества, находящиеся в воде в очень малых количествах (менее 0,01 мг/л). К ним, в частности, относятся тяжелые металлы, радиоактивные вещества.