thumb|En foss
Vann, eller vatn (fra norrønt vatn), er en kjemisk forbindelse og et polart molekyl. Det er flytende under STP-forhold. Dens kjemiske formel er H2O, som betyr at et molekyl vann består av to hydrogenatomer og ett oksygenatom.
Vann finnes nesten overalt på Jorden og er livsnødvendig for alt kjent liv. Omtrent 70 % av Jordens overflate er dekket av åpent vann (hav, innsjøer og elver).
En vannmasse eller vassmasse er et uttrykk for et osean, hav, innsjø, elv, bekk, kanal, dam eller lignende.
Etymologi Ordet «vann» kommer via norrønt vatn, videre fra indoeuropeisk, som igjen er utviklet fra urindoeuropeisk fra roten *wes. Det skandinaviske ordet «vinter», de engelske ordene «water» og «wash», med flere, det tyske ordet «Wasser» og de russiske ordene «вода, voda» og «водка, vodka» har samme opphav. Avledet fra urindoeuropeisk *ud-ro kommer også greske hydro («vann») og hydra, mens det latinske aqua kommer fra urindoeuropeisk *agwjo.
Vannets egenskaper Aggregattilstander og temperatur
Vann i fast form er kjent som is og i gassform som damp. Temperaturskalaen celsius er definert ut fra vannets smelte- og fordampningspunkt, der vannet fryser ved 0 °C og koker ved 100 °C, og én grad stigning tilsvarer 1/100 av forskjellen mellom disse punktene. Temperaturskalen Kelvin har samme stigningstall. Mellom smeltepunktet og kokepunktet, inkludert i STP-forhold, er vannet i flytende tilstand (ved normalt trykk).
Temperaturenhetene (tidligere celsius og nå kelvin) er definert ut i fra trippelpunktet til vann, 273,16 K (0,01 C) og 611,2 Pa. Under dette trykket og denne temperaturen kan fast, flytende og gassformen av vann eksistere samtidig i likevekt. Vann viser ganske merkelig atferd, som å kunne eksistere som glassaktig is, en ikke-krystallisk fast form av vann.
Under temperaturer større enn 647 K og trykk større enn 22,064 Mpa, vil en samling av vannmolekyler anta en superkritisk tilstand, der væskelignende grupper flyter inni en gasslignende fase.
thumb|left|Modell av vannmolekyler med hydrogenbindinger mellom seg (1).
Dipolaritet En viktig egenskap ved vann er dets polare egenskap. Vannmolekylet H2O er vinklet, med oksygen i spissen og hydrogenatomer ytterst. Siden oksygen har høyere elektronegativitet enn hydrogen, har oksygenatomets side delvis negativ ladning i forhold til hydrogensiden. Et molekyl med en slik ladningsforskjell kalles en dipol. Spenningsforskjellene gjør at vannmolekylene tiltrekkes av hverandre (den negative siden trekkes til et annets molekyl positive side) og til andre polare molekyler. Dette kalles hydrogenbinding. Denne kraften er relativt svak, men det høye antallet hydrogenbindinger fører til at vann har en rekke spesielle fysiske egenskaper.
Kokepunkt og varmekapasitet Vann har, på grunn av hydrogenbindingene, et veldig høyt kokepunkt, siden det trengs mye energi for å bryte disse bindingene mellom molekylene. Grunnstoffet svovel som ligger under oksygen i periodesystemet, og dets tilsvarende kjemiske forbindelse hydrogensulfid (H2S), har ikke disse hydrogenbindingene og er en gass ved romtemperatur selv om det har dobbelt så høy molekylvekt som vann. Hydrogenbindinger gir også vann høy varmekapasitet, det vil si at det trengs mye energi for å varme opp vann.
Tetthet Hydrogenbindinger gir samtidig vann spesielle egenskaper når det fryser. Som de fleste andre materialer blir vannets tetthet større ved lavere temperatur. Men når vann blir kjølt ned til nær frysepunktet fører hydrogenbindingene til – mens vannmolekylene flytter på seg for å minimalisere sin energi – at det dannes en struktur som faktisk har lavere tetthet. Dermed vil vann utvide seg når det fryser og is vil flyte i vann, mens de fleste andre materialer krymper og synker når de går over til fast form.
Flytende vann har sin høyeste tetthet ved 3,98 °C. Dette har en interessant konsekvens for livet i vannet om vinteren. Vann som blir avkjølt ved overflaten blir tyngre og synker, og danner konveksjonsstrømmer som avkjøler hele vannet. Når overflaten kjøles under 4 °C blir den imidlertid lettere, konveksjonsstrømmene opphører, og overflaten fryser til is som danner en isolerende hinne som kan hindre videre nedkjøling og bunnfrysing. Dermed kan fisk og andre organismer leve videre i vannet som holder ca. 4 °C på bunnen. (Grunt vann vil likevel bunnfryse ved sterk kulde.)
Løsemiddel thumb|upright|Salt (NaCl) løser seg i vann. Vann er også et godt løsemiddel på grunn av sin polaritet. Egenskapene som løsemiddel er livsviktige i biologi, fordi mange biokjemiske reaksjoner forekommer kun i vannholdige løsninger, for eksempel reaksjoner i celleslimet og blodet. I tillegg brukes vann til å transportere biologiske molekyler.
Når en ionisk eller polar forbindelse kommer i kontakt med vann blir den omringet av vannmolekyler. Siden vannmolekylene er relativt små kan de omringe helt et molekyl av det oppløste. De delvis negative dipolene til vann blir tiltrukket av de positivt ladde delene av det oppløste, og motsatt for de positive dipolene.
Et eksempel på en ionisk løsning er bordsalt; natriumklorid, NaCl, vil dele seg opp i Na+–kationer og Cl––anioner. Hvert ion vil bli omringet av vannmolekyler. Ionene blir da lett fraktet ut av sitt krystallgitter og inn i løsningen. Et eksempel på en ikke-ionisk løsning er sukker. Dipolene til vann vil hydrogenbinde seg til de dipolare områdene på sukkermolekylet og frakter det ut i løsningen.
Generelt løser ioniske og polare substanser som syrer, alkoholer og salter seg lett med vann, mens ikke-polare substanser som fett gjør ikke det. Ikke-polare molekyler holder seg sammen i vann fordi det er energisk mer gunstig for vannmolekylene å hydrogenbinde seg med hverandre enn å anta van der Waals forbindelser med ikke-polare molekyler.
Medisinsk Selv om vann er essensielt for menneskekroppen, kan sterkt overdrevet vanninntak kan føre til en potensielt livstruende tilstand kjent som vannforgiftning. Årsaken er at vannet fører til en lavere konsentrasjon av blant annet elektrolytter i blodet.
Kohesjon og overflatespenning thumb|upright|Kapillærkrefter, kohesjon og adhesjon, fører til at vann beveger seg oppover, mot tyngdekraften. Her sammenlignet med kvikksølv. De sterke hydrogenbindingene gir høy kohesjon, og dermed overflatespenning. Dette ses tydelig hvis man har vann på en overflate som ikke er løselig i vann. Vannet holder seg samlet i dråper. Denne evnen er viktig når plantene frakter vann gjennom stengelen; de sterke intramolekylære kreftene holder vannet sammen og motvirker hårrørskreftene. Andre væsker vil ha langt større tendens til å danne luftlommer, vakuum og dermed stoppe væsketilførselen.
Konduktivitet Rent vann er en isolator, men likevel er det vanlig å se på vann som et elektrisk ledende, eller konduktivt, stoff. Hvis et salt løses i vann, vil denne saltløsningen (elektrolytten) kunne lede elektrisk strøm. Denne ledeevnen skyldes redoksreaksjonen som oppstår i løsningen. Det er altså ikke selve vannet som leder strømmen. Se Elektrolyse nedenfor.
Elektrolyse Vann kan deles opp i sine bestanddeler, hydrogen og oksygen, ved å la en strøm gå gjennom det. Denne prosessen kalles elektrolyse. Vannmolekyler skiller seg naturlig til H+- og OH--ioner som trekkes henholdsvis mot anoden og katoden. Ved katoden vil to H+-ioner ta opp elektroner og danne H2-gass. Ved anoden går fire OH–-ioner sammen og danner O2-gass og avgir fire elektroner. Gassene som blir dannet bobler opp til overflaten og kan bli samlet opp.
Reaktivitet og pH Vann kan oppføre seg som både syre og base; det kan både avgi og motta protoner (H+), en reaksjon som kalles protolyse. Vann protolyserer med seg selv etter følgende likevektsreaksjon:
H2O + H2O ↔ H3O+ + OH-
Vann reagerer med syrer og baser og lager sure og basiske løsninger, etter hvor sterke syrene/basene er. Hvor sur eller basisk en løsning er, måles med pH (eller pOH). pH er et mål på konsentrasjonen av oksoniumioner (H3O+) i en løsning, mens pOH er et mål på konsentrasjonen av hydroksidioner (OH–). Jo lavere pH, jo høyere er konsentrasjonen av H3O+. I vann ved romtemperatur er produktet av konsentrasjonene av H3O+ og OH– alltid 10−14 (mol/l)2; summen av pH og pOH er 14. Ved pH 7 er konsentrasjonen av H3O+ og OH– lik, og løsningen er nøytral. Hvis denne likevekten forstyrres, blir løsningen sur (lavere pH; mer H3O+) eller basisk (høyere pH; mer OH–).
Det systematiske syrenavnet for vann er hydroksisyre, mens det systematiske basenavnet er hydrogenhydroksid. Det bør imidlertid nevnes at vann alene er verken syre eller base, men kan altså opptre som en svak syre eller en svak base i nærvær av hhv. en sterk base eller en sterk syre.
I teorien har rent vann pH 7, men i praksis er rent vann svært vanskelig å fremstille. Vann som er i kontakt med luft over en viss tid opptar raskt karbondioksid og danner en løsning av karbonsyre (kullsyre) med en likevekt-pH på ca. 5,7.Kendall J. (1916): Journal of the American Chemical Society, 38(11), 2460-2466.
Farge Rent vann er farget i en veldig lys blåfarge, men oppfattes som oftest som fargeløst, og viser som regel fargen på stoffene bak eller rundt, eller reflekterer lyset som treffer vannoverflaten. Havet er faktisk blått i seg selv og ikke bare fordi det reflekterer himmelen. Under visse lysforhold kan regn eller lignende vannfall vise en regnbue.
Lukt og smak Rent vann har ingen lukt eller smak, men siden vann er et meget godt løsemiddel vil det ofte være salter og andre forurensinger til stede. Når man refererer til «smaken» på vann fra ulike kilder, er det tilstedeværelsen av disse forurensningene man egentlig sikter til.
Dihydrogenmonoksid thumb|115px|Modell av et vannmolekyl. Kjemisk formel: H2O, dihydrogenmonoksid. Kjemikere omtaler tidvis vann spøkefullt som dihydrogenmonoksid eller DHMO, molekylets systematisk kovalente navn, særlig i parodier på kjemisk forskning som krever forbud mot dette «farlige kjemikaliet».«Dihydrogen Monoxide», DHMO I byen Aliso Viejo i California ble isoporkopper nesten bannlyst da det ble kjent at DHMO var brukt i produksjonen.«Local officials nearly fall for H2O hoax», MSNBC
Vann på jorden thumb|left|Vannets kretsløp; hvordan vannet beveger seg rundt på jorden. thumb|right|Det meste av vannet på jorden befinner seg i de store havbassengene. Her fra kysten utenfor California. Se også: hydrologi, vannets kretsløp
Vann eksisterer i mange former omtrent overalt på jorden, til og med dypt under de store ørkenene. Mesteparten av vannet befinner seg i verdenshavene og som polaris, men en del finnes også som skyer og vanndamp, regnvann, elver, vassdrag og is. Vannet forandrer stadig aggregattilstand, drevet av sollyset, og sirkulerer dermed rundt, og har på den måten en kontinuerelig bevegelse, vannets kretsløp. Gjennom fordampning, nedbør og avrenning, avgjør vannet temperaturen og klimaet over hele jorden.
Den totale vannmengden på jordkloden anslås til å være ca. . Mesteparten av dette finnes i havet, ca. 97,2 %. Resten, ca. 2,8 % er ferskvann. 2,15 % av dette finnes i frossen tilstand som breer og innlandsis, 0,63 % befinner seg under bakkenivå som grunnvann. Bare 0,02 % befinner seg i vassdrag, elver og innsjøer, og ikke mer enn 0,001 % som vanndamp i atmosfæren.
Vannet har høyest densitet ved 4 °C, hvilket gjør at det kalde vannet, og det av vannet som har frosset til is, legger seg som et isolerende lag over det varmere vannet. Dette gjør at større vannansamlinger veldig sjeldent bunnfryser, hvilket gir godt grunnlag for liv i innsjøer, elver og i havet.
Vann som ressurs
Vann som har fordampet og kondensert, faller – dersom ansamlingen er tung nok – ned til jorden som nedbør. Dette er avgjørende for jordbruk og for mennesker generelt. Mennesker har derfor en mengde ord for å beskrive de ulike formene nedbør, for eksempel regn, hagl, snø, tåke og dugg.