Как известно, свойства химических соединений зависят от того, из каких элементов состоят их молекулы.
Воду (Н₂О) можно рассматривать и как оксид водорода и как гидрид кислорода. Но её свойства не похожи ни на свойства оксидов, ни на свойства гидридов.
Все дело в том, что молекула воды построена в виде тупоугольного треугольника: угол между двумя связями кислород-водород равен около 104°. Но поскольку оба водородных атома расположены по одну сторону от атома кислорода, электрические заряды в ней "разбегаются в стороны". Молекулы воды полярные, поэтому между ними возникает особое взаимодействие - водородные связи. Они объединяют молекулы воды в своеобразные полимеры.

Чтобы расшатать, а затем разрушить эти водородные связи нужно подвести дополнительную энергию, именно поэтому теплоемкость воды так велика. Именно из-за полярности молекул вода - главный и универсальный растворитель.

Еще одно необычное свойство воды: это единственное на земле вещество, которое при переходе из твердого состояния в жидкое (плавлении) сначала сжимается, а уже потом начинает расширяться. 1 грамм твердой воды (льда) занимает объем 1,0905 см³, а 1 грамм жидкой воды при температуре +1+3°С - всего 1, 0001 см³. Только на рубеже +4°С плотность жидкой воды уменьшается. Оттого и не промерзают насквозь водоемы, а лишь покрываются ледяным покровом. При высоких давлениях обычный лед можно превратить в более тяжелые и плотные кристаллические формы. Самая плотная форма - лед-VII. Он плавится при температуре +190°С.

Только вода в условиях нашей планеты существует одновременно во всех трех агрегатных состояниях - жидком, твердом и газообразном. Переходя из одного состояния в другое, вода осуществляет свой вечный круговорот, очищая и воздух и землю.

Особенно важно такое свойство воды, как способность ее молекул распадаться или иначе сказать диссоциировать (ассоциадия - объединение, диссоциация - разъединение) на ионы. Опытом установлено, что в 1 литре воды при комнатной температуре распадаются 10-7 молей воды и при этом образуются 10-7 моль/л ионов водорода (Н+) и 10-7 моль/л ионов гидроксила (ОН-) (их еще называют гидроксид-ионами).

Н²О - Н+ + ОН-

Что же такое моль?
1 моль - молекулярный вес вещества, выраженный в граммах. Молекулярный вес указан в таблице Менделеева, обычно его округляют.
Например:
Молекулярный вес Na - 23, следовательно, 1 моль Na - это 23 г
Молекулярный вес Cl - 35, следовательно, 1 моль Cl - это 35 г
1 моль обычной поваренной соли NaCl - это 23+35=58 г
Аналогично для воды:
Молекулярный вес водорода - 1, кислорода - 16, Молекула воды содержит 2 атома водорода и один кислорода, следовательно, 1+1+16 = 18.
1 моль воды - 18 г, 10-7 молей воды соответственно 18 х10-7 = 0,0000018г.
Концентрацию выражают в молях вещества на литр раствора, например,
1-молярный раствор NaCl .(1 моль/л)- это в 1л раствора 58г соли
10-7 моль/л ионов Н+ - это 0,000001г ионов Н+ в 1 литре воды.

Произведение концентраций ионов водорода и гидроксила в воде называется ионным произведением воды.
[Н+] х [ОН-] = 10-14 - это величина постоянная
В идеально чистой дистиллированной воде [Н+] = 10-7 и [ОН-] = 10-7

Любой из водных растворов всегда содержит ионы водорода и гидроксила. При увеличении концентрации одного из ионов уменьшается концентрация другого.

Чтобы избежать неудобств, связанных с применением чисел с отрицательными показателями степени, датским химиком Сёренсеном было введено понятие водородного показателя - рН (р - начальная буква датского слова potenz-математическая степень, Н - символ водорода).

Водородным показателем - рН называется десятичный логарифм концентрации водородных ионов, взятый с обратным знаком.
рН = - lg [Н+]
или [Н+] = 10-рН

Проще говоря, водородный показатель характеризует концентрацию свободных ионов водорода в воде.

Как мы уже говорили в идеально чистой дистиллированной воде рН=7. Кроме того, в любом растворе в котором концентрации ионов водорода и гидроксила одинаковы рН=7. Такой раствор называется нейтральным. Соответственно чем дальше от 7 отклоняется в ту или другую сторону рН, тем раствор либо более кислый, либо более щелочной. Существуют методы определения рН - от обычной лакмусовой бумажки, до точных приборов рН-метров.
рН кислого раствора <7,
рН щелочного раствора >7.

Роль рН в нашей жизни исключительно велика - Наш организм нормально функционирует только тогда, когда способен поддерживать определенный уровень рН и в крови и в других тканевых жидкостях. Например, рН желудочного сока = 1,1-1,7. При других значениях рН поступающие питательные вещества не расщепляются как надо, так как процесс пищеварения - это сложные химические реакции. При пониженной или повышенной кислотности желудка нарушается пищеварение - это уже заболевание.

рН крови = 7,4; слез = 7,0-7,4; слюны = 6,3 -6,9;

Уровень рН очень важен и в природе, и в технике. Что касается рН воды, то от его величины зависит развитие и жизнедеятельность водных растений. При использовании воды в системах водоснабжения рН также имеет большое значение. При низком рН вода обладает высокой коррозионной активностью, а при рН>11 вода приобретает характерную мылкость, неприятный запах, способна вызывать раздражение глаз и кожи. В зависимости от величины pH может изменяться токсичность загрязняющих веществ. Под токсичностью понимают способность веществ вызывать нарушения физиологических функций организма, что в свою очередь приводит к заболеваниям. Фактически токсичность - мера несовместимости вещества с жизнью.

Обычно в речных водах pH находится в пределах 6.5-8.5. В некоторых водоемах естественную кислотность создают гуминовые и другие слабые органические кислоты. В этих случаях pH воды не бывает ниже 4.5.

В атмосферных осадках pH - от 4.6 до 6.1
В болотах pH - от 5.5 до 6.0
В морских водах pH - от 7.9 до 8.3

В загрязненных водоемах может содержаться большое количество сильных кислот за счет сброса промышленных сточных вод. В этих случаях pH может быть ниже 4.5.

Контроль уровня рН очень важен на всех стадиях водоочистки. Многие процессы идут только при определенных значениях рН - например, окисление железа идет только при рН>7, поэтому обезжелезивающий картридж специально повышает значение рН на 1-2 единицы. Обычно уровень рН находится в пределах, при которых он непосредственно не влияет на потребительские качества воды. Для питьевой и хозяйственно-бытовой воды оптимальным считается уровень рН в диапазоне от 6 до 9.