Alt på jorda er satt sammen av noen nesten usynlige små byggeklosser som kalles atomer. Når to eller flere atomer slår seg sammen, blir de til et molekyl. Den kjemiske formelen for vann er H2O.

Det betyr at et vannmolekyl består av to hydrogenatomer og ett oksygenatom. Oksygenatomet er svakt negativt ladet mens de to hydrogenatomene er svakt positivt ladet. Positive og negative atomer tiltrekker hverandre.

Vannmolekylene beveger seg hele tida, og vannet skifter form etter hvor fort molekylene beveger seg.

Molekylene kan binde seg sammen

Når vannmolekylene kommer sammen, vil det negativt ladde oksygenatomet i ett molekyl knytte seg til et positivt ladd hydrogenatom i et annet vannmolekyl. Flere molekyler vil dermed sammen danne noe vi kaller hydrogenbindinger. Disse er svake bindinger, som brytes fort opp. Men de er samtidig sterke nok til at vannet har spesielle egenskaper, som høy overflatespenning (overflatehinne) og kapillærkraft. Forklaring på hva dette er, kommer lenger ned.

Overflatehinne

Du har kanskje noen ganger sett insekter som løper på vann? Det som da skjer er at vannmolekylene i overflata på vannet binder seg til hverandre og danner ei sterk hinne. Den kalles overflatehinna. Vi sier at vannet har høy overflatespenning når det har ei slik sterk overflatehinne.

Hinna gjør at vannoverflata kan bære gjenstander som er tyngre enn vannet selv, f.eks. en binders, ei fyrstikk eller insekter.

Den sterke overflatehinna er grunnen til at det kan dannes vanndråper.

Du kan også se hinna hvis du fyller et glass med vann helt til randen. Da vil vannet stå litt over kanten på glasset som en bue.

Varme oppløser bindingene

Hvis vannet varmes opp, eller med andre ord tilføres energi, setter det fart på vannmolekylene, slik at de slipper taket i hverandre. Da brytes bindingene. Vannet går fra å være i væskeform til å være i gassform. Molekylene smetter ut av vannet og ut i lufta.

Energien kan komme direkte fra sola, fra ei kokeplate eller bare fra varmen i et rom. Vannet i et vannglass blir vekk, bare det står lenge nok i et rom med varmegrader. En kjele med vann kan kokes tørr, alt vann fordampes. Vannet i veien eller på gata etter en regnskur, fordamper etter hvert.

Når vann fordamper fra huden vår, blir mye av energien til dette hentet fra kroppen vår, og dermed kjenner vi at huden blir avkjølt.

Kapillærkraft

Vann har ikke bare unike egenskaper når det gjelder å holde molekylene sine sammen, men det har også stor evne til å henge ved eller på faste stoffer som det kommer i kontakt med. Dette kalles adhesjon (vedheng).

Ettersom vannmolekylene både kan binde seg til hverandre og til andre stoffer, vil vannets overflatehinne i et glassrør få konkav form. Det vil si at vannflata (overflatehinna) går høyere opp langs glassveggen enn i midten av røret. Jo mindre diameter røret har, jo tydeligere kommer dette fram. I svært tynne rør kan denne kombinasjonen løfte ei vannsøyle til bemerkelsesverdige høyder. Dette fenomenet kalles kapillærkraft eller hårrørskraft. Denne krafta er av stor betydning i naturen, bl.a. spiller den en stor rolle for transport av vann opp gjennom jorda eller fra treets røtter og opp til bladene, som kan befinne seg flere titalls meter over bakken.

Fordampingen av vannet fra bladene er «motoren» som trekker disse tynne vannsøylene oppover. De samme kapillærkreftene er også viktig for transport av blod i blodårene våre.

Løsemiddel

Vann kan løse opp veldig mange stoffer. Dette er helt avgjørende for livet på jorda. Vannet har positivt og negativt ladde atomer, og det kan binde seg til andre stoffer som er elektrisk ladet, og løse dem opp. Stoffene henger seg på vannet, og de holder seg flytende og kan slik transporteres gjennom planter eller blodårer.

Olje lar seg derfor ikke oppløse i vann. Dette skyldes at oljer ikke er elektrisk ladet.

I de fleste tilfellene blir ikke vannet forandret av stoffene det oppløser. Vi sier at vann er et indifferent løsemiddel. Dette er biologisk sett viktig, fordi svært mange av stoffene (mineraler og næringsstoffer) som levende organismer trenger, blir transportert med vann, og da gjerne på den samme kjemiske formen som det organismene trenger. Vannet leverer altså stoffene fiks ferdig.

Et stoff kan opptre i tre forskjellige faser: fast stoff, væske eller gass. For vann kaller vi disse fasene for is, vann og damp. Vann er helt spesielt, ettersom det er det eneste stoffet på jorda der alle fasene finnes ved temperatur og lufttrykk som på jordoverflata.

Vann fryser til is ved 0ºC. Når dette skjer, blir vannmolekylene ordnet i et regelmessig nettverk, et gitter. Når isen smelter, bryter dette nettverket sammen, og vannmolekylene trekkes tettere sammen. Vanligvis krever molekylene mer plass når de beveger seg fritt i væskeformen enn når de er låst sammen i fast form, men vann er et unntak fra denne regelen. Det er grunnen til at vann – som det eneste stoffet – utvider seg når det fryser til fast stoff (is). Fyll ei flaske med vann og la den fryse. Hva skjer?

Is flyter

Is flyter på vannet. Dette er åpenbart viktig for livet i elver og innsjøer. Hadde isen sunket til bunns, ville hele sjøen ha frosset, og alt liv ville ha dødd ut i løpet av vinteren. I stedet legger isen seg som et isolerende lag på toppen. Mye tyder på at hele jordkloden ville endt opp som en eneste stor isklump, hadde det ikke vært for at isen flyter. Hvis den sank, ville mer og mer is samlet seg på bunnen. Vannet over ville absorbert all varmen fra sola og hindret isen i å smelte. Mer og mer is ville bygget seg opp til alle verdenshavene var frosset igjen.

Men hvorfor fryser ikke innsjøen nedenfra og opp? Når vann har temperaturen + 4 ºC, ligger vannmolekylene tettere sammen enn ved alle andre temperaturer. Vann er derfor tyngst ved + 4 ºC, og dette er en vanlig temperatur for bunnvannet i en dyp innsjø vinterstid. Når vann på overflata av sjøen blir kjølt ned til denne temperaturen, vil det synke til bunns, mens varmere vann stiger opp. Til slutt vil alt vannet i sjøen ha denne temperaturen. Om så vannet på overflata blir enda kaldere, holder det seg flytende til det fryser til is. Heldigvis er det slik, for hvis isen sank ned på bunnen, ville innsjøer og fjorder bunnfryse, og alt liv i dem ville dø.

Vann koker ved 100 ºC ved normalt lufttrykk. Kommer du høyt til fjells, så koker vannet ved litt lavere temperatur. På Norges høyeste fjelltopp, Galdhøpiggen (2469 m o.h.), koker vann ved 92 ºC, ettersom trykket der er lavere enn nede ved havoverflata.

Vannet holder på varmen

Vannet holder også godt på varmen og blir avkjølt langsommere enn mange andre stoffer. Dyr og planter i vann er derfor vanligvis ikke utsatt for så store temperatursvingninger som organismene på land.

Dette er også grunnen til at temperaturen varierer mindre (både gjennom døgnet og gjennom året) ved kysten enn i innlandet. Det store havet holder lenger på varmen (og trenger lenger tid for å varmes opp) enn landjorda.

Skyer

Det er alltid fuktighet i lufta. Vanndråper dannes stort sett ved at vanndamp fester seg til yrsmå partikler i lufta (f.eks støv- eller saltkorn). Disse partiklene kalles kondensasjonskjerner. Når dråpene stiger til værs, blir det dannet skyer.

Skyer er tunge. Vannet i en typisk sky kan ha en masse på flere millioner tonn. Men ettersom skyen er så svær, kan luftstrømmer under og i skyen klare å holde de små dråpene svevende.

Regn og snø

Nedbør kan inndeles i fem typer: regn, snø, hagl, sludd og underkjølt regn. Størstedelen av nedbøren kommer som regn.

Nedbør dannes i forbindelse med skyer. Vanndråpene som svever rundt i skyene, er ufattelig små og det trengs millioner av dem for å danne en regndråpe. Som regel er det både iskrystaller og vanndråper i skyene. Iskrystallene vokser seg større og tyngre etter hvert som de treffer vanndråper. Til slutt blir de så store at de ikke lenger kan holde seg svevende, og det dannes nedbør. Det er lufttemperaturen de siste hundre meterne over bakken som avgjør om det blir regn eller snø. Hvis lufta er over frysepunktet hele veien, treffer nedbøren bakken som vanlige regndråper.

Hvis det er kuldegrader hele veien ned, treffer den bakken som snø. Hvis det er kaldt nok inne i skyen, kan molekylene fra vanndampen fryse sammen til krystaller i stedet for å bli til dråper. De lenker seg sammen i et mønster. Ingen snøkrystaller er prikk like. Alle er symmetriske rundt sentrum og har seks spisser eller kanter. Ofte slår flere snøkrystaller seg sammen til større snøflak. Når de er blitt tunge nok, faller de ned og ut av skyen.

Hagl

Hagl begynner som regndråper i store stormskyer. Hvis det er kaldt nok, fryser disse regndråpene til små iskuler og faller nedover inne i skyen. Iskrystallene beveger seg opp og ned i skyene i flere omganger pga kraftig vind som blåser dem oppover igjen. For hver gang legger de på seg mer is. Til slutt blir iskulene så tunge at de faller ned mot bakken. Hagl kan bli så store som håndballer. Hagl er mest vanlig om sommeren, og det betyr at haglkornene faller gjennom et område med varm luft på vei ned.

Sludd

Sludd er en mellomting mellom snø og regn. Sludd oppstår ved at iskrystallene smelter litt på vei ned mot bakken. Det dannes gjerne når det er 3-5 grader ved bakken. Er temperaturen høyere enn dette, vil snøen begynne å smelte, og det vil falle sludd blandet med regn.

Underkjølt regn

Underkjølt regn begynner som snø og smelter underveis mot bakken. På sin vei møter regnet et kaldere luftlag. Regnet avkjøles til under null grader, men fryser ikke til is fordi det mangler kondensasjonskjerner (se ovenfor). Men når dråpene så treffer ei overflate, vil de straks fryse til is. Underkjølt regn er en farlig form for nedbør. Det kan dannes speilglatte veier på kort tid. Kraftledninger kan dekkes av is og ødelegges av vekta. Greiner på trær kan brekke.