Вода представляет собой светлую прозрачную жидкость, бесцветную в тонких слоях. Толстые слои воды имеют голубовато-зеленую окраску.
Физические свойства воды используют при определении многих физических констант и единиц измерения. Температура замерзания воды (насыщенной воздухом под давлением 1 атм) принята за 0°С, а температура кипения воды при 1 атм принята за 100°С. Единица объема в метрической системе выбрана таким образом, что 1 мл воды при 3,98°С (температура, при которой она обладает наибольшей плотностью) весит 1,00000 г. Аналогичное соотношение существует и в английской системе единиц: 1 куб. фут воды весит примерно 1000 унций.
Большинство веществ при понижении температуры уменьшаются в объеме, и, следовательно, плотность их увеличивается. Вода обладает весьма необычным свойством — при определенной температуре она имеет максимальную плотность. Эта температура равна 3,98°С. При дальнейшем понижении температуры объем данного количества воды несколько возрастает (рис. 9.1).
Рис. 9.1. Зависимость удельных объемов льда и воды от температуры.
Вода не обычна (но и не уникальна) в том отношении, что ее плотность в твердой фазе (плотность льда) значительно меньше плотности в жидкой фазе (плотности жидкой воды). Эта особенность очень важна, поскольку формы существования многих живых организмов сильно отличались бы от существующих, если бы лед погружался на дно, а не плавал в виде льдин.
Температуры замерзания и кипения воды лежат намного выше, чем можно было бы ожидать на основании сопоставления воды с родственными ей соединениями (разд. 9.6). Природа жизненных процессов такова, что жизнь, вероятно, была бы невозможна, не будь у воды этих необычных свойств.
Диэлектрическая проницаемость воды необычно высока, и именно эта особенность обусловливает ее важность как растворителя.
Число ближайших соседей у каждой молекулы в простом твердом кристаллическом веществе равно 12 (гл. 2), а в простой жидкости примерно 10,6, как удалось установить различными методами. Именно эта разница и предопределяет обычно наблюдаемое понижение плотности при плавлении. Вода необычна и в том отношении, что у нее как в твердом, так и в жидком состоянии число ближайших соседних молекул у каждой молекулы равно приблизительно четырем. Молекулярная структура жидкой воды не выяснена; эта проблема остается одной из наиболее интересных и важных проблем структурной химии, ожидающих решения.