vesi

Vesi
Vesimolekyyli
Tunnisteet
CAS-numero	7732-18-5
Ominaisuudet
Molekyylikaava	H2O
Moolimassa	18,015268 ± 0,000002 g/mol[1]
Ulkomuoto	Lähes väritön, mauton ja hajuton neste
Sulamispiste	0 °C (273,15 K )
Kiehumispiste	99,974 °C (373,15 K)
Tiheys	1,000 g/cm3 (neste) 0,917 g/cm3 (kiinteä)
Liukoisuus veteen	-

Vesi (H₂O, joskus myös divetymonoksidi tai divetyoksidi) on huoneenlämmössä nesteenä esiintyvä vedyn ja hapen muodostama kemiallinen yhdiste. Kaikki maapallolla oleva vesi lienee peräisin vuosimiljoonien aikana planeettaan törmänneistä komeetoista ja tulivuorten purkauksista. Vettä on saatavilla lähes kaikkialla maapallolla, ja se on kaiken tunnetun elämän perusehto.

Vesi on hajutonta, mautonta ja läpinäkyvää.

Kemiallisena yhdisteenä veden systemaattinen nimi on divetymonoksidi, jota paitsi siitä hydridinä voitaisiin käyttää myös nimeä oksidaani. Käytännössä näitä nimiä ei kuitenkaan juuri käytetä edes tieteellisissä yhteyksissä. Sanaa divetymonoksidi on kuitenkin käytetty huijaus- ja pelottelutarkoituksessa.

Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet

Vesi esiintyy luonnossa kolmessa olomuodossa: nesteenä, kiinteänä (jää) ja kaasuna (vesihöyry).

Kiinteässä olomuodossa vesi on jäätä ja kaasuna vesihöyryä. Vesi voi esiintyä kaikissa kolmessa olomuodossaan erityisessä kolmoispisteessä (273,16 K; 6 mbar), joka toimii myös celsius- ja kelvin-asteikkojen määritelmänä. Vesi on myös ainoa aine, joka esiintyy Maan luonnonoloissa kaikissa kolmessa olomuodossa. Vesimolekyyli on dipolinen. Koska molekyylin happiatomilla on suurempi elektronegatiivisuus, sen puoli molekyylistä saa negatiivisen osittaisvarauksen. Tämä johtaa molekyylien välisiin vetysidoksiin, jotka aiheuttavat vedelle sen suhteellisen korkeat sulamis- ja kiehumispisteet. Vedessä vetysidoksen vastaanottajana ja luovuttajana on happi. Vesimolekyyli pystyy muodostamaan happiatomista neljä tetraedrisesti suuntautuvaa vetysidosta. Huoneenlämpöinen ja normaalissa paineessa nestemäinen vesi on kuitenkin jatkuvassa liikkeessä ja muodostaa muiden vesimolekyylien kanssa keskimäärin vain 3,4 vetysidosta.^[2] Jäässä molekyylit ovat paikallaan ja muodostavat täydet neljä vetysidosta.^[2]

Puhdas vesi ei johda sähköä mainittavasti, mutta veteen liuenneet aineet (erityisesti suolat) parantavat veden johtavuutta huomattavasti. Valo läpäisee vettä hyvin, eikä vesikasvien yhteyttäminen ilman tätä ominaisuutta onnistuisikaan.

Vedellä on suhteellisen suuri lämmönvarauskyky. Siksi sitä käytetään mm. lämpöä kuljettavana nesteenä erilaisissa lämmitys- ja lämmönvarausjärjestelmissä.

• ominaislämpökapasiteetti: neste 4186 J/(K·kg), kiinteä (jää 0 °C) 2060 J/(K·kg)
• sulamislämpö: 333 kJ/kg (0 °C)
• höyrystymislämpö: 2260 kJ/kg (100 °C)
• tiheys: 4 °C 1000 kg/m³ = 1,000 kg/l = 1,000 g/cm³, muissa lämpötiloissa veden tiheys on vähäisempi
• kolmoispiste: lämpötila: 273,16 K (0,01 °C), paine: 611,73 Pa (noin 0,006 bar).

Biologiset ominaisuudet ja merkitys elämälle

Koheesio pitää veden pisaroina, adheesio pitää pisarat paikallaan.

Koheesion vuoksi vesi on rakenteellisempaa kuin useimmat muut nesteet. Koheesio eli samanlaisten molekyylien molekyylienvälinen yhdistävä vuorovaikutus johtuu vedessä vetysidoksista ja aikaansaa muun muassa veden pintajännityksen. Yksittäinen vetysidos kestää vain joitain sekunnin biljoonasosia, mutta uusia muodostuu alati. Koheesio yhdistettynä haihtumisimuun, adheesioon ja juuripaineeseen mahdollistaa veden nousun kasveissa juuritasolta korkeimpiinkin osiin. Ylimpien vesimolekyylien haihtuminen nostaa koko alempien vesimolekyylien koheesion vuoksi yhtenäistä ketjua vastaavan määrän ylöspäin. Adheesio eli erilaisten molekyylien molekyylien molekyylienvälinen yhdistävä vuorovaikutus saa vesimolekyylit tarttumaan myös kasvin soluihin ja näin vastustamaan gravitaation alaspäin vetävää voimaa.

Vesi varastoi hyvin lämpöä eli sen ominaislämpökapasiteetti on suhteellisen suuri 4,186 kJ/(K·kg) (neste). Vesi voi siis varastoida tai luovuttaa suuren määrän lämpöä suhteellisen pientä lämpötilan muutosta vastaan. Tämän vuoksi suuret vesimassat voivat tasata ilmaston lämpötilaa varastoimalla auringosta tulevaa lämpöä lämpiminä ajanjaksoina (päivä, kesä) luovuttaakseen sitä kylminä aikoina (yö, talvi). Tästä syystä rannikkoseutujen ilmasto on yleisesti leudompi kuin sisämaiden. Veden suuri ominaislämpökapasiteetti johtuu vetysidoksista, joiden rikkominen vaatii suhteellisen suuren määrän energiaa.

Vedellä on korkea höyrystymislämpö. Trooppisten alueiden merenpinnat sitovat suuret määrät lämpöä höyrystyessään. Kun höyry kulkeutuu napoja kohti kylmemmille alueille, se jäähtyy ja kondensoituu takaisin nesteeksi luovuttaen lämpöä. Veden vuoksi Maan lämpötila pysyy melko tasaisena ja elämälle suotuisana.

Korkeasta höyrystymislämmöstä johtuu myös haihtumisjäähtyminen eli haihtumisesta johtuva pinnan jäähtyminen. Ilmiö perustuu kineettisiltä energioiltaan suurienergiaisimpien molekyylien eli kuumimpien molekyylien poistumiseen kaasuna, jolloin pinnalle jäävien molekyylien keskimääräinen kineettinen energia eli lämpö laskee. Haihtumisjäähtymisellä on suuri merkitys organismien lämmönsäätelyssä. Esimerkiksi kasvit eivät ylikuumene auringonpaisteessa lehdistä haihtuvan veden vuoksi. Ihmisen iholta tapahtuva hien haihtuminen laskee ruumiinlämpötilaa kuumissa olosuhteissa ja rasituksen aikana.

Vesi laajenee jäätyessään, mistä johtuu, että jää kelluu veden pinnalla. Jään pienempi tiheys johtuu vetysidosten muodostamasta kidejärjestelmästä. Sulaessaan jään tiheys kasvaa, kun kidejärjestelmä löystyy ja rikkoutuu, painuu kasaan. Yli 4 °C:n lämpötiloissa vesi käyttäytyy kuin muutkin nesteet, eli laajenee lämmetessään (tiheys pienenee). Jään vettä pienempi tiheys mahdollistaa eliöiden selviytymisen järvissä ja merissä talvella, sillä jää muodostaa pinnalle eristekerroksen. Näin vedet eivät koskaan jäädy pohjaan saakka. Samoin veden poikkeuksellinen lämpölaajeneminen mahdollistaa elämälle välttämättömät vesistöjen syksyiset ja keväiset täyskierrot. Vesi on tiheimmillään 4 celsiusasteessa.

Vesi on hyvä liuotin muodostaen vesiliuoksia (aq). Ioniset ja pooliset aineet liukenevat veteen parhaimmin. Veteen suuntautuvia aineita kutsutaan hydrofiilisiksi, vettä pakoilevia aineita hydrofobisiksi. Hydrofobisia yhdisteitä ovat esimerkiksi pitkiä hiiliketjuja sisältävät aineet kuten öljyt.

Vesi luonnonvarana

Pääartikkeli: Maailman vesivarat

Nimenomaan makea vesi eli suolaa sisältämätön vesi on elämän elinehto. Maapallon vesivaroista 97 prosenttia on suolaista merivettä. Jäljelle jäävää kolmea prosenttia edustavasta makeasta vedestä puolestaan suurin osa on vaikeasti käytettävissä jäätiköissä (77 %) tai maa- ja kallioperässä (22 %). Vain noin 1 % maailman makeasta vedestä on helposti hyödynnettävissä järvissä, joissa ja tekoaltaissa: se tarkoittaa minimaalista 0,036 prosentin osuutta maapallon kaikesta vedestä. Vain 0,001 % vedestämme leijuu vesihöyrynä pilvissä.

Teollisuusmaiden kotitalouksissa vettä käytetään keskimäärin 250 litraa/henkilö/päivä, kun taas teollisuudessa vettä käytetään keskimäärin 1500 litraa/henkilö/päivä. Kuivilla ja kuumilla alueilla vettä käytetään maanviljelyyn päivässä useita tuhansia litroja per henkilö.^[3]

Keskimäärin 74 % vesivaroista käytetään kasteluun – kehitysmaissa kastelun osuus saattaa olla kuitenkin jopa noin 90 % vedenkäytöstä. Vesivoiman tuotanto nielee maailmassa 18 % ja kotitalouskäyttö 8 % varannoista.^[4]

Suomi on veden kannalta hyvin poikkeuksellinen maa, sillä Suomessa on erittäin paljon järviä, joten juomakelpoista vettä käytetään moniin muihinkin tarkoituksiin. Suomessa on myös poikkeuksellisen paljon luonnonvaraisia lähteitä, joita voidaan hyödyntää myös juomavetenä ^[5].

Vesi on joillakin alueilla maapallolla rajallinen luonnonvara ja voi johtaa jopa sotiin kyseisillä alueilla. Eräs tunnettu vesikiista on Turkin ja Syyrian välillä.

Vesi ja ihminen

Fysiologinen merkitys

Vesilähde

Ihminen on noin 62-prosenttisesti vettä, ja jo muutaman prosentin nestehukka heikentää työkykyä merkittävästi. Kahdenkymmenen prosentin vajaus johtaa kuolemaan. Koska vettä poistuu ihmisessä monella tavalla, ihminen tarvitsee elääkseen jatkuvasti merkittäviä määriä vettä.

Lasillinen mineraalivettä.

Ihminen kuolee ensimmäisenä hapenpuutteeseen (minuuteissa), sitten vedenpuutteeseen (vuorokausia) ja ravinnonpuutteeseen vasta viikkojen tai kuukausien jälkeen.

Veden haihtuminen vaatii paljon energiaa, ja käytännössä viilentää ihmisen ruumista. Tämän voi todeta itsekin helposti: nuolaisemalla kämmenselkää ja puhaltamalla siihen. Tämä on yksi hikoilun ja karvattomuuden etu.

Kulttuurimerkitys

Maanviljelyssä vesi tuli erityisen tärkeään asemaan, sitä tarvittiin juomiseen ja ruuanlaittoon verrattuna valtavia määriä. Makeaa vettä on saatavilla suuria määriä suurien jokien alueilla (Niili, Eufrat, Huanghe eli Keltainenjoki). Ne synnyttivät ensimmäiset suuret kulttuurit.

Myös veden kyky sammuttaa tuli on tehnyt vedestä tärkeän.

Vettä pidettiin vuosisatojen ajan yhtenä klassisista alkuaineista. Vasta 1700-luvulla Henry Cavendish havaitsi, että vedyn palaessa syntyy vettä. Tämä osoitti että vesi ei ole alkuaine vaan vedyn ja hapen kemiallinen yhdiste.

Energiakäyttö

Virtaavia vesiä on pitkään valjastettu voimantuotantoon. Kuitenkin vasta teollisena aikana tämä energiantuottotapa nousi merkittävään asemaan patojen ja vesivoimaloiden rakentamisen myötä.

Tulevaisuudessa kyky tuottaa hallittua energiaa ydinfuusion avulla antaisi vedelle vielä uuden merkityksen. Se tekisi valtameristä käytännössä rajattoman energianlähteen ihmiselle.

Lähteet

Aiheesta muualla

• Löydä Lähde -sivusto

Katso myös

Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta vesi.

• Veden kiertokulku
• Jää
• Vesihöyry
• Vesijohtovesi
• Tislattu vesi
• Divetymonoksidihuijaus
• Hana

Kirjallisuutta

• Balanyá, Bélen ym. (toim.): Vettä kaikille: Yksityistämisen oikeudenmukaisia vaihtoehtoja. Toimittaen suomentanut Olli-Pekka Haavisto. Pystykorvakirja. Helsinki: Like: Suomen rauhanpuolustajat, 2006. ISBN 952-471-765-4.
• Barlow, Maude (toim.): Veden varassa: Globaali kamppailu oikeudesta veteen. (Blue covenant: The global water crisis and the coming battle for the right to water, 2007.) Suomentanut Olli-Pekka Haavisto. Pystykorvakirja. Helsinki: Like, 2011. ISBN 978-952-01-0513-6.
• Caldecott, Julian: Vesi: Maailmanlaajuisen kriisin syyt, seuraukset ja kustannukset. (Water: The causes, costs and future of a global crisis, 2008.) Suomennos: Markus Myllyoja. Helsinki: HS kirjat, 2009. ISBN 978-952-5557-33-6.
• Krämer, Tanja: Välttämätön vesi: Hyvinvointi, luonto, tulevaisuus. (Kampf ums Wasser: Wissen was stimmt, 2008.) Kääntänyt Anne Mäkelä. Helsinki Jyväskylä: Minerva, 2009. ISBN 978-952-492-272-2.
• Portin, Anja (toim.): Kirja vedestä. Siemenpuun teemajulkaisu 3. Helsinki: Siemenpuu-säätiö, 2010. ISBN 978-952-99988-4-5.
• Shiva, Vandana: Taistelu vedestä. (Water wars: Privatization, pollution and profit, 2002.) Suomentanut Natasha Vilokkinen. Tampere: Vastapaino, 2003. ISBN 951-768-112-7.

Aiheesta muualla

• Anniina Wallius: Elämä vaatii vettä (YLE Uutiset, 24.08.2007)
• PubChem: Water (englanniksi)
• KEGG: Water (englanniksi)