ماء

الماء من المواد الشائعة القليلة التي تتمدد وتقل كثافتها عند تبريدها ضمن نطاقات حرارية معينة؛ وهو المادة الطبيعية الوحيدة المعروفة التي تفعل ذلك وهي سائلة. إضافةً إلى ذلك، يُعدّ الماء غير عادي لأنه يصبح أقل كثافة بشكل ملحوظ عند تجمده، مع أنه ليس فريدًا من نوعه في هذا الصدد. ^{[ د ]}

عند  ضغط جوي واحد، تصل كثافته القصوى إلى 999.972 كجم/م³ ⁽ 62.4262 رطل/ قدم مكعب) عند درجة حرارة 3.98 درجة مئوية (39.16 درجة فهرنهايت) . ^{[ 57 ] [ 58 ]}     

تحت درجة الحرارة المذكورة، ولكن فوق نقطة التجمد البالغة 0 درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت) ، يتمدد الماء (يصبح أقل كثافة) حتى يصل إلى نقطة التجمد، حيث تبلغ كثافته في الحالة السائلة 999.8 كجم/م³ ⁽ 62.4155 رطل/قدم مكعب ) . وعندما يبرد الماء إلى 3.98 درجة مئوية (39.16 درجة فهرنهايت) ، ينخفض ​​حجمه. ^{[ 59 ]}       

عندما يتجمد الماء ويتحول إلى جليد، يتمدد بنحو 9%، ليصل إلى كثافة 917 كجم/م³ ⁽ 57.25 رطل/ قدم مكعب) . ^{[ 60 ] [ 61 ]} يمكن لهذا التمدد أن يُحدث ضغطًا هائلاً، مما قد يؤدي إلى انفجار الأنابيب وتصدع الصخور. ^{[ 62 ]} أما في حالته الصلبة، فيُظهر الماء سلوكًا طبيعيًا يتمثل في الانكماش وزيادة الكثافة مع انخفاض درجة حرارته. لهذه الخصائص الحرارية غير العادية آثارٌ بالغة الأهمية على الحياة على الأرض.   

في البحيرات والمحيطات، تغوص المياه عند درجة حرارة 4 درجات مئوية (39 درجة فهرنهايت) إلى القاع، ويتشكل الجليد على السطح، طافيًا فوق الماء السائل. يعمل هذا الجليد كعازل للماء في الأسفل، مانعًا إياه من التجمد تمامًا. وبدون هذه الحماية، ستهلك معظم الكائنات المائية التي تعيش في البحيرات خلال فصل الشتاء. ^{[ 63 ]} إضافةً إلى ذلك، يُعد هذا السلوك الشاذ جزءًا مهمًا من الدورة الحرارية الملحية التي توزع الحرارة حول محيطات الكوكب.  

الماء مادة مغناطيسية معاكسة . ^{[ 64 ]} على الرغم من أن التفاعل ضعيف، إلا أنه يمكن أن يحقق تفاعلاً ملحوظاً مع المغناطيسات فائقة التوصيل. ^{[ 64 ]}

عند ضغط جوي واحد (atm)، يذوب الجليد أو يتجمد الماء (يتصلب) عند درجة حرارة 0 درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت) ، ويغلي الماء أو يتكثف بخاره عند درجة حرارة 100 درجة مئوية (212 درجة فهرنهايت) . مع ذلك، حتى عند درجات حرارة أقل من درجة الغليان، يمكن للماء أن يتحول إلى بخار على سطحه عن طريق التبخر (يُعرف التبخر في جميع أنحاء السائل بالغليان ). كما تحدث عمليتا التسامي والترسيب على الأسطح. ^{[ 55 ]} على سبيل المثال، يترسب الصقيع على الأسطح الباردة، بينما تتشكل رقاقات الثلج عن طريق الترسيب على جزيئات الهباء الجوي أو نواة الجليد. ^{[ 65 ]} في عملية التجفيف بالتجميد ، يُجمد الطعام ثم يُخزن تحت ضغط منخفض، مما يؤدي إلى تسامي الجليد الموجود على سطحه. ^{[ 66 ]}    

تعتمد درجات الانصهار والغليان على الضغط. ويُعطى تقريب جيد لمعدل تغير درجة حرارة الانصهار مع الضغط بواسطة علاقة كلاوزيوس-كلابيرون :

$${\displaystyle {\frac {dT}{dP}}={\frac {T\left(v_{\text{L}}-v_{\text{S}}\right)}{L_{\text{f}}}}}$$

أين${\displaystyle v_{\text{L}}}$و${\displaystyle v_{\text{S}}}$تمثل هذه القيم الحجم المولي لكل من الطورين السائل والصلب، و${\displaystyle L_{\text{f}}}$هي الحرارة الكامنة المولية للانصهار. في معظم المواد، يزداد الحجم عند حدوث الانصهار، وبالتالي ترتفع درجة حرارة الانصهار مع ازدياد الضغط. ومع ذلك، ولأن كثافة الجليد أقل من كثافة الماء، تنخفض درجة حرارة الانصهار. ^{[ 56 ]} في الأنهار الجليدية، يمكن أن يحدث انصهار تحت الضغط في طبقات سميكة كافية من الجليد، مما يؤدي إلى تكوين بحيرات تحت الجليد . ^{[ 67 ] [ 68 ]}

ينطبق قانون كلاوزيوس-كلابيرون أيضًا على درجة الغليان، ولكن مع انتقال الماء من الحالة السائلة إلى الغازية، تكون كثافة الطور البخاري أقل بكثير من كثافة الطور السائل، لذا ترتفع درجة الغليان مع الضغط. ^{[ 69 ]} يمكن للماء أن يبقى في الحالة السائلة عند درجات حرارة عالية في أعماق المحيطات أو تحت سطح الأرض. على سبيل المثال، تتجاوز درجات الحرارة 205 درجة مئوية (401 درجة فهرنهايت) في ينبوع أولد فيثفول ، وهو ينبوع حار في منتزه يلوستون الوطني . ^{[ 70 ]} وفي الفتحات الحرارية المائية ، يمكن أن تتجاوز درجة الحرارة 400 درجة مئوية (752 درجة فهرنهايت) . ^{[ 71 ]}    

عند مستوى سطح البحر، تبلغ درجة غليان الماء 100 درجة مئوية (212 درجة فهرنهايت) . ومع انخفاض الضغط الجوي مع الارتفاع، تنخفض درجة الغليان بمقدار درجة مئوية واحدة لكل 274 مترًا. يستغرق الطهي في المرتفعات وقتًا أطول من الطهي عند مستوى سطح البحر. على سبيل المثال، عند ارتفاع 1524 مترًا (5000 قدم) ، يجب زيادة وقت الطهي بمقدار الربع لتحقيق النتيجة المرجوة. ^{[ 72 ]} في المقابل، يمكن استخدام طنجرة الضغط لتقليل أوقات الطهي عن طريق رفع درجة الغليان. ^{[ 73 ]} في الفراغ، يغلي الماء عند درجة حرارة الغرفة. ^{[ 74 ]}     

في مخطط الطور للضغط/درجة الحرارة (انظر الشكل)، توجد منحنيات تفصل بين الحالة الصلبة والبخارية، والبخارية والسائلة، والسائلة والصلبة. تلتقي هذه المنحنيات عند نقطة واحدة تُسمى النقطة الثلاثية ، حيث يمكن أن تتعايش الأطوار الثلاثة. تقع النقطة الثلاثية عند درجة حرارة 273.16 كلفن (0.01 درجة مئوية؛ 32.02 درجة فهرنهايت) وضغط 611.657 باسكال (0.00604 ضغط جوي؛ 0.0887 رطل لكل بوصة مربعة) ؛ ^{[ 75 ]} وهي أدنى ضغط يمكن أن يوجد عنده الماء السائل. حتى عام 2019 ، كانت النقطة الثلاثية تُستخدم لتحديد مقياس كلفن لدرجة الحرارة . ^{[ 76 ] [ 77 ]}     

ينتهي منحنى طور الماء/البخار عند 647.096 كلفن (373.946 درجة مئوية؛ 705.103 درجة فهرنهايت) و 22.064 ميجاباسكال (3200.1 رطل/بوصة مربعة؛ 217.75 ضغط جوي) . ^{[ 78 ]} تُعرف هذه النقطة بالنقطة الحرجة . عند درجات حرارة وضغوط أعلى، يتحد طورا السائل والبخار ليشكلا طورًا متصلًا يُسمى المائع فوق الحرج . يمكن ضغطه أو تمديده تدريجيًا بين كثافتين، إحداهما شبيهة بالغاز والأخرى شبيهة بالسائل؛ وتتأثر خصائصه (المختلفة تمامًا عن خصائص الماء العادي) بالكثافة. على سبيل المثال، عند ضغوط ودرجات حرارة مناسبة، يمكن أن يمتزج بحرية مع المركبات غير القطبية ، بما في ذلك معظم المركبات العضوية . وهذا ما يجعله مفيدًا في تطبيقات متنوعة، بما في ذلك الكيمياء الكهربائية عند درجات حرارة عالية ، وكمذيب أو عامل حفاز صديق للبيئة في التفاعلات الكيميائية التي تتضمن مركبات عضوية. في وشاح الأرض، يعمل كمذيب أثناء تكوين المعادن وانحلالها وترسيبها. ^{[ 79 ] [ 80 ]}     

الشكل الطبيعي للجليد على سطح الأرض هو الجليد I _h ، وهو طور يُشكّل بلورات ذات تناظر سداسي . يوجد أيضًا نوع آخر ذو تناظر بلوري مكعب ، وهو الجليد I _c ، والذي يمكن أن يتواجد في طبقات الجو العليا. ^{[ 81 ]} مع ازدياد الضغط، يُشكّل الجليد هياكل بلورية أخرى . وحتى عام 2024، تم تأكيد عشرين نوعًا تجريبيًا، ويتوقع وجود المزيد نظريًا. ^{[ 82 ]} أما الشكل الثامن عشر للجليد، وهو الجليد XVIII ، وهو طور جليدي فائق الأيونية ذو بنية مكعبة مركزية الوجوه، فقد تم اكتشافه عندما تعرضت قطرة ماء لموجة صدمية رفعت ضغط الماء إلى ملايين الأجواء ودرجة حرارته إلى آلاف الدرجات، مما أدى إلى تكوين بنية من ذرات أكسجين صلبة تتدفق فيها ذرات الهيدروجين بحرية. ^{[ 83 ] [ 84 ]} وعندما يُحصر الجليد بين طبقات من الجرافين ، فإنه يُشكّل شبكة مربعة. ^{[ 85 ]}

لا تزال تفاصيل الطبيعة الكيميائية للماء السائل غير مفهومة تمامًا؛ وتشير بعض النظريات إلى أن سلوكه غير المعتاد يعود إلى وجود حالتين سائلتين. ^{[ 58 ] [ 86 ] [ 87 ] [ 88 ]}

يُعدّ الاستخدام البشري الأكبر للمياه في الزراعة، بما في ذلك الزراعة المروية، إذ يُمثّل ما بين 80 و90 بالمئة من إجمالي استهلاك المياه البشري. ^{[ 127 ]} في الولايات المتحدة، يُستخدم 42 بالمئة من المياه العذبة المسحوبة للري، لكن الغالبية العظمى من المياه "المستهلكة" (المستخدمة وغير المُعادة إلى البيئة) تذهب إلى الزراعة. ^{[ 128 ]}

غالبًا ما يُعتبر الحصول على المياه العذبة أمرًا مفروغًا منه، لا سيما في الدول المتقدمة التي أنشأت أنظمة مياه متطورة لجمع المياه وتنقيتها وتوزيعها، فضلًا عن معالجة مياه الصرف الصحي. إلا أن الضغوط الاقتصادية والديموغرافية والمناخية المتزايدة تُفاقم المخاوف بشأن قضايا المياه، مما يؤدي إلى تزايد التنافس على موارد المياه المحدودة، وهو ما يُفسر ظهور مفهوم ذروة استهلاك المياه . ^{[ 129 ]} ومع استمرار نمو السكان والاقتصادات، وتزايد استهلاك اللحوم التي تستهلك كميات كبيرة من المياه، وظهور طلب جديد على الوقود الحيوي أو الصناعات الجديدة كثيفة الاستهلاك للمياه، فمن المرجح ظهور تحديات جديدة في مجال المياه. ^{[ 130 ]}

أجرى المعهد الدولي لإدارة المياه في سريلانكا عام 2007 تقييمًا لإدارة المياه في الزراعة، بهدف تحديد ما إذا كان العالم يمتلك كميات كافية من المياه لتوفير الغذاء لسكانه المتزايدين. ^{[ 131 ]} وقد قيّم التقييم مدى توافر المياه للزراعة على مستوى العالم، ورسم خرائط للمناطق التي تعاني من ندرة المياه. وخلص إلى أن خُمس سكان العالم، أي أكثر من 1.2  مليار نسمة، يعيشون في مناطق تعاني من ندرة المياه الفعلية ، حيث لا تكفي المياه لتلبية جميع الاحتياجات. كما  يعيش 1.6 مليار نسمة آخرون في مناطق تعاني من ندرة المياه الاقتصادية ، حيث يُعيق نقص الاستثمار في المياه أو عدم كفاية القدرات البشرية قدرة السلطات على تلبية الطلب على المياه. وخلص التقرير إلى أنه من الممكن إنتاج الغذاء المطلوب في المستقبل، لكن استمرار اتجاهات إنتاج الغذاء والبيئة الحالية سيؤدي إلى أزمات في أجزاء كثيرة من العالم. ولتجنب أزمة مياه عالمية، سيتعين على المزارعين السعي لزيادة الإنتاجية لتلبية الطلب المتزايد على الغذاء، بينما تبحث الصناعات والمدن عن طرق لاستخدام المياه بكفاءة أكبر. ^{[ 132 ]}

يُعزى نقص المياه أيضاً إلى إنتاج السلع كثيفة الاستهلاك للمياه. فعلى سبيل المثال،  يتطلب إنتاج كيلوغرام واحد من القطن - أي ما يعادل بنطال جينز - 10.9 متر مكعب (380 قدم مكعب ) من الماء. ورغم أن القطن يستهلك 2.4% من المياه المستخدمة عالمياً، إلا أن هذه المياه تُستهلك في مناطق مُعرّضة أصلاً لخطر نقص المياه. وقد تسبب ذلك في أضرار بيئية جسيمة؛ فعلى سبيل المثال، كان تحويل الاتحاد السوفيتي السابق للمياه من نهري آمو داريا وسير داريا لإنتاج القطن مسؤولاً إلى حد كبير عن اختفاء بحر آرال . ^{[ 133 ]}  

• 
  كمية المياه المطلوبة لكل طن من المنتج الغذائي
• توزيع المياه في الري بالتنقيط تحت السطحي
• 
  ري المحاصيل الحقلية

في 7 أبريل 1795، عُرِّف الغرام في فرنسا بأنه يساوي "الوزن المطلق لحجم من الماء النقي يساوي مكعبًا طول ضلعه جزء من مئة من المتر، عند درجة حرارة ذوبان الجليد". ^{[ 134 ]} ولكن لأغراض عملية، كان لا بد من وجود معيار مرجعي معدني، أثقل بألف مرة من الكيلوغرام. ولذلك، كُلِّف العلماء بدراسة لتحديد كتلة لتر واحد من الماء بدقة. وعلى الرغم من أن التعريف المُقر للغرام نصَّ على أن الماء عند درجة حرارة 0 درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت) - وهي درجة حرارة قابلة للتكرار بدرجة عالية - فقد اختار العلماء إعادة تعريف المعيار وإجراء قياساتهم عند درجة حرارة أعلى كثافة للماء ، والتي قُيِّست آنذاك عند 4 درجات مئوية (39 درجة فهرنهايت) . ^{[ 135 ]}    

كان مقياس كلفن لدرجة الحرارة في النظام الدولي للوحدات (SI) يعتمد على النقطة الثلاثية للماء، والتي تُعرَّف بدقة بأنها 273.16 كلفن (0.01 درجة مئوية؛ 32.02 درجة فهرنهايت) ، ولكن اعتبارًا من مايو 2019، أصبح يعتمد على ثابت بولتزمان . وهو مقياس مطلق لدرجة الحرارة بنفس الزيادة في مقياس سيليزيوس، الذي كان يُعرَّف في الأصل وفقًا لنقطة غليان الماء ( 100 درجة مئوية (212 درجة فهرنهايت) ) ونقطة انصهاره ( 0 درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت) ).       

يتكون الماء الطبيعي بشكل رئيسي من نظائر الهيدروجين-1 والأكسجين-16، ولكنه يحتوي أيضًا على كمية ضئيلة من النظائر الأثقل مثل الأكسجين-18 والأكسجين-17 والهيدروجين-2 ( الديوتيريوم ). على الرغم من أن نسبة النظائر الأثقل ضئيلة جدًا، إلا أنها تؤثر على خصائص الماء. عادةً ما تحتوي مياه الأنهار والبحيرات على نظائر أثقل أقل من مياه البحر. ولذلك، يُعرَّف الماء القياسي في مواصفة فيينا القياسية لمياه المحيطات المتوسطة .

يحتوي جسم الإنسان ، في المتوسط، على 50-60% من الماء، وذلك تبعًا للعمر والجنس وحجم الجسم، مع العلم أن نسبة الماء في جسم الإنسان قد تتراوح بين 45% و75%. ^{[ 136 ]} وتوصي الأكاديميات الوطنية الأمريكية للعلوم والهندسة والطب بتناول 3.7 لترات (0.98 جالون أمريكي) من الماء يوميًا للرجال البالغين، و 2.7 لتر (0.71 جالون أمريكي ) للنساء. ^{[ 137 ]} وتعتمد الكمية الدقيقة على مستوى النشاط ودرجة الحرارة والرطوبة وعوامل أخرى. ويتم الحصول على معظم هذه الكمية من خلال الأطعمة أو المشروبات الأخرى غير شرب الماء مباشرة. ^{[ 138 ]} وتشير المراجع الطبية إلى استهلاك كمية أقل، عادةً لتر واحد من الماء للرجل العادي، مع استبعاد الاحتياجات الإضافية الناتجة عن فقدان السوائل أثناء ممارسة الرياضة أو في الطقس الحار. ^{[ 139 ]}   

تستطيع الكلى السليمة إخراج ما بين 0.8 إلى 1 لتر من الماء في الساعة، لكن الإجهاد، كالتمرين، قد يقلل هذه الكمية. وقد يشرب الأشخاص كميات من الماء تفوق حاجتهم بكثير أثناء التمرين، مما يعرضهم لخطر التسمم المائي (فرط الترطيب)، الذي قد يكون مميتًا. ^{[ 140 ] [ 141 ]} ويبدو أن الادعاء الشائع بأن "على الشخص شرب ثمانية أكواب من الماء يوميًا" لا يستند إلى أساس علمي حقيقي. ^{[ 142 ]} وقد أظهرت الدراسات أن زيادة تناول الماء، وخاصة ما يصل إلى 500 ملليلتر (18 أونصة سائلة إمبراطورية ؛ 17 أونصة سائلة أمريكية ) مع الوجبات، يرتبط بفقدان الوزن. ^{[ 143 ] [ 144 ]} كما أن تناول كمية كافية من السوائل يساعد في الوقاية من الإمساك. ^{[ 145 ]}      

جاء في توصية أصلية بشأن كمية الماء المتناولة عام 1945، صادرة عن مجلس الغذاء والتغذية التابع للمجلس الوطني للبحوث في الولايات المتحدة : "المعيار المعتاد لمختلف الأشخاص هو 1 ملليلتر لكل سعرة حرارية من الطعام. ويوجد معظم هذه الكمية في الأطعمة المُحضّرة." ^{[ 146 ]} وأوصى أحدث تقرير مرجعي عن المدخول الغذائي، الصادر عن المجلس الوطني للبحوث في الولايات المتحدة، عمومًا، استنادًا إلى متوسط ​​إجمالي كمية الماء المتناولة من بيانات المسح الأمريكي (بما في ذلك مصادر الغذاء): 3.7 لتر (0.81 جالون إمبراطوري ؛ 0.98 جالون أمريكي ) للرجال و 2.7 لتر (0.59 جالون إمبراطوري ؛ 0.71 جالون أمريكي ) من الماء الإجمالي للنساء، مع الإشارة إلى أن الماء الموجود في الطعام شكّل ما يقارب 19% من إجمالي كمية الماء المتناولة في المسح. ^{[ 147 ]}        

على وجه الخصوص، تحتاج النساء الحوامل والمرضعات إلى سوائل إضافية للحفاظ على ترطيب أجسامهن. يوصي معهد الطب الأمريكي بأن يستهلك الرجال، في المتوسط، 3 لترات (0.66 جالون إمبراطوري ؛ 0.79 جالون أمريكي ) ، والنساء 2.2 لتر (0.48 جالون إمبراطوري ؛ 0.58 جالون أمريكي ) ؛ وينبغي على النساء الحوامل زيادة استهلاكهن إلى 2.4 لتر (0.53 جالون إمبراطوري ؛ 0.63 جالون أمريكي ) ، وعلى المرضعات تناول 3 لترات (12 كوبًا)، نظرًا لفقدان كمية كبيرة من السوائل أثناء الرضاعة. ^{[ 137 ]} كما تجدر الإشارة إلى أن حوالي 20% من كمية الماء المتناولة عادةً تأتي من الطعام، ^{[ 148 ] [ 149 ]} بينما يأتي الباقي من شرب الماء والمشروبات ( بما في ذلك المشروبات التي تحتوي على الكافيين ). ^{[ 149 ]} ويُطرح الماء من الجسم بأشكال متعددة؛ من خلال البول والبراز ، والتعرق ، وزفير بخار الماء. ^{[ 150 ]} مع بذل الجهد البدني والتعرض للحرارة، سيزداد فقدان الماء وقد تزداد الاحتياجات اليومية من السوائل أيضًا. ^{[ 151 ]}            

يحتاج الإنسان إلى ماء قليل الشوائب. تشمل الشوائب الشائعة معادن مثل النحاس والرصاص؛ ^{[ 152 ]} ومركبات كيميائية مثل المبيدات الحشرية ، ومركبات PFAS ، والمبيضات ؛ ^{[ 153 ] [ 152 ]} وبكتيريا ضارة، مثل كامبيلوباكتر ، وإشريكية قولونية O157 ، وضمات الكوليرا . ^{[ 154 ]} بعض المواد المذابة مقبولة، بل ومرغوبة، لتحسين الطعم وتوفير الإلكتروليتات اللازمة . ^{[ 155 ]}

تُعد بحيرة بايكال في سيبيريا أكبر مصدر منفرد (من حيث الحجم) للمياه العذبة الصالحة للشرب . ^{[ 156 ]}

يُستخدم الماء على نطاق واسع في التفاعلات الكيميائية كمذيب أو متفاعل ، وبشكل أقل شيوعًا كمذاب أو عامل مساعد. في التفاعلات غير العضوية، يُعد الماء مذيبًا شائعًا، حيث يُذيب العديد من المركبات الأيونية، بالإضافة إلى مركبات قطبية أخرى مثل الأمونيا ومركبات أخرى وثيقة الصلة بالماء . أما في التفاعلات العضوية، فلا يُستخدم الماء عادةً كمذيب، لأنه لا يُذيب المتفاعلات جيدًا، كما أنه مذبذب (حمضي وقاعدي ) ومحب للنواة . ومع ذلك، تُعد هذه الخصائص مرغوبة في بعض الأحيان. وقد لوحظ أيضًا تسريع تفاعلات ديلز-ألدر بواسطة الماء. وقد أصبح الماء فوق الحرج موضوعًا للبحث مؤخرًا، حيث يُحرق الماء فوق الحرج المشبع بالأكسجين الملوثات العضوية بكفاءة عالية.

يُعدّ الماء والبخار من السوائل الشائعة الاستخدام في التبادل الحراري ، نظرًا لتوافرهما وسعتهما الحرارية العالية ، سواءً للتبريد أو التدفئة. وقد يتوفر الماء البارد طبيعيًا من البحيرات أو البحار. ويُعدّ نقل الحرارة عبر تبخير الماء وتكثيفه فعالًا للغاية نظرًا لحرارته الكامنة العالية للتبخر . ومن عيوبه أن المعادن الشائعة في الصناعات، كالصلب والنحاس، تتأكسد بسرعة أكبر عند استخدام الماء والبخار غير المعالجين. في معظم محطات الطاقة الحرارية ، يُستخدم الماء كسائل عامل (في دائرة مغلقة بين المرجل والتوربين البخاري والمكثف)، وكمبرد (لتبادل الحرارة المهدرة مع مسطح مائي أو نقلها بالتبخر في برج التبريد ). وفي الولايات المتحدة، تُعدّ محطات الطاقة الحرارية المبردة أكبر استخدام للمياه. ^{[ 163 ]}

في صناعة الطاقة النووية ، يُستخدم الماء أيضًا كمُهدئ للنيوترونات . في معظم المفاعلات النووية ، يعمل الماء كمبرد ومُهدئ في آنٍ واحد. وهذا يُوفر نوعًا من إجراءات السلامة السلبية، إذ أن إزالة الماء من المفاعل تُبطئ التفاعل النووي . مع ذلك، تُفضل طرق أخرى لإيقاف التفاعل، ويُفضل إبقاء قلب المفاعل النووي مغطى بالماء لضمان التبريد الكافي.

يتميز الماء بحرارة تبخر عالية وخمول نسبي، مما يجعله سائلاً فعالاً لإطفاء الحرائق . إذ يعمل تبخر الماء على نقل الحرارة بعيداً عن النار. لكن استخدام الماء في إطفاء الحرائق التي تشمل الزيوت والمذيبات العضوية أمر خطير، لأن العديد من المواد العضوية تطفو على سطح الماء، كما أن الماء يميل إلى نشر السائل المشتعل.

ينبغي أن يأخذ استخدام الماء في مكافحة الحرائق في الاعتبار أيضًا مخاطر انفجار البخار ، الذي قد يحدث عند استخدام الماء في إخماد الحرائق شديدة الحرارة في الأماكن المغلقة، ومخاطر انفجار الهيدروجين، عندما تتفاعل المواد التي تتفاعل مع الماء، مثل بعض المعادن أو الكربون الساخن مثل الفحم أو الفحم النباتي أو فحم الكوك ، مع الماء، مما ينتج عنه غاز الماء .

تجلّت قوة هذه الانفجارات في كارثة تشيرنوبيل ، مع أن الماء المستخدم في هذه الحالة لم يكن من نظام إطفاء الحريق، بل من نظام تبريد المفاعل نفسه. حدث انفجار بخاري عندما تسببت الحرارة الشديدة في قلب المفاعل في تحول الماء إلى بخار. أما الانفجار الهيدروجيني، فربما يكون قد حدث نتيجة تفاعل البخار مع الزركونيوم الساخن .

تُنتج بعض أكاسيد المعادن، ولا سيما أكاسيد المعادن القلوية والقلوية الترابية ، كمية كبيرة من الحرارة عند تفاعلها مع الماء، مما قد يُؤدي إلى خطر نشوب حريق. يُعدّ الجير الحي، وهو أحد أكاسيد المعادن القلوية الترابية ، والمعروف أيضًا باسم أكسيد الكالسيوم، مادة تُنتج بكميات كبيرة، وغالبًا ما تُنقل في أكياس ورقية. إذا تشبّعت هذه الأكياس بالماء، فقد تشتعل نتيجة تفاعل محتوياتها معه. ^{[ 164 ]}

يستخدم البشر الماء لأغراض ترفيهية عديدة، فضلاً عن ممارسة الرياضة والتمارين. تشمل بعض هذه الأنشطة السباحة، والتزلج على الماء ، وركوب القوارب ، وركوب الأمواج، والغوص . إضافةً إلى ذلك، تُمارس بعض الرياضات، مثل هوكي الجليد والتزلج على الجليد ، على الجليد. تُعدّ البحيرات والشواطئ والمنتزهات المائية أماكنَ شهيرةً يقصدها الناس للاسترخاء والاستمتاع بالأنشطة الترفيهية. يجد الكثيرون في صوت الماء المتدفق ومظهره هدوءًا، وتُعدّ النوافير وغيرها من المنشآت المائية المتدفقة من الزينة الشائعة. يربي البعض الأسماك وغيرها من النباتات والحيوانات في أحواض مائية أو برك للعرض والتسلية والرفقة. كما يستخدم البشر الماء في الرياضات الثلجية، مثل التزلج على الجليد ، والتزحلق على الزلاجات ، وركوب الدراجات الثلجية ، والتزلج على الألواح ، والتي تتطلب أن يكون الماء باردًا، إما على شكل جليد أو متبلورًا على شكل ثلج.

يُقدّم قطاع المياه خدمات مياه الشرب والصرف الصحي (بما في ذلك معالجة مياه الصرف الصحي ) للمنازل والقطاعات الصناعية. وتشمل مرافق إمداد المياه الآبار ، وخزانات تجميع مياه الأمطار ، وشبكات إمداد المياه ، ومحطات تنقية المياه ، وخزانات المياه ، وأبراج المياه ، وأنابيب المياه بما فيها القنوات القديمة . ويجري حاليًا تطوير مولدات المياه من الهواء .

غالبًا ما تُجمع مياه الشرب من الينابيع ، أو تُستخرج من آبار اصطناعية في الأرض، أو تُضخ من البحيرات والأنهار. لذا، يُعدّ بناء المزيد من الآبار في مواقع مناسبة وسيلةً ممكنةً لزيادة إنتاج المياه، شريطة أن توفر طبقات المياه الجوفية تدفقًا كافيًا. تشمل مصادر المياه الأخرى تجميع مياه الأمطار. قد تتطلب المياه تنقيةً قبل استهلاكها، وقد يشمل ذلك إزالة المواد غير الذائبة، والمواد الذائبة، والميكروبات الضارة . من الطرق الشائعة الترشيح بالرمل الذي يزيل المواد غير الذائبة فقط، بينما يقضي الكلور والغلي على الميكروبات الضارة. أما التقطير فيؤدي الوظائف الثلاث جميعها. توجد تقنيات أكثر تطورًا، مثل التناضح العكسي . يُعدّ تحلية مياه البحر الوفيرة حلاً أكثر تكلفةً يُستخدم في المناطق الساحلية الجافة .

يتم توزيع مياه الشرب عبر شبكات المياه البلدية ، أو عن طريق نقلها بالصهاريج، أو كمياه معبأة . ولدى حكومات العديد من الدول برامج لتوزيع المياه على المحتاجين مجاناً.

يُعدّ تقليل الاستهلاك باستخدام مياه الشرب فقط للاستهلاك البشري خيارًا آخر. في بعض المدن مثل هونغ كونغ، تُستخدم مياه البحر على نطاق واسع في تنظيف المراحيض في جميع أنحاء المدينة للحفاظ على موارد المياه العذبة .

قد يكون تلوث المياه أكبر إساءة استخدام لها؛ فبقدر ما يُقيّد الملوث استخدامات المياه الأخرى، يصبح هدرًا للمورد، بغض النظر عن فوائد الملوث. ومثل أنواع التلوث الأخرى، لا يُدرج هذا التلوث ضمن حسابات تكاليف السوق، إذ يُعتبر من العوامل الخارجية التي لا يُمكن للسوق احتسابها. وبالتالي، يدفع الآخرون ثمن تلوث المياه، بينما لا تُعاد توزيع أرباح الشركات الخاصة على السكان المحليين، ضحايا هذا التلوث. غالبًا ما ينتهي المطاف بالأدوية التي يستهلكها البشر في المجاري المائية، وقد تُلحق أضرارًا بالغة بالحياة المائية إذا تراكمت بيولوجيًا ولم تكن قابلة للتحلل الحيوي .

تُعالج مياه الصرف الصحي البلدية والصناعية عادةً في محطات معالجة مياه الصرف الصحي . ويتم الحد من جريان المياه السطحية الملوثة من خلال مجموعة متنوعة من تقنيات الوقاية والمعالجة .

تعتمد العديد من العمليات الصناعية على تفاعلات تستخدم مواد كيميائية مذابة في الماء، أو معلقات صلبة في محاليل مائية ، أو استخدام الماء لإذابة واستخلاص المواد، أو لغسل المنتجات أو معدات العمليات. وتستهلك عمليات مثل التعدين، والتصنيع الكيميائي للورق ، وتبييض اللب ، وصناعة الورق ، وإنتاج المنسوجات، والصباغة، والطباعة، وتبريد محطات الطاقة كميات كبيرة من المياه، مما يتطلب مصدراً مخصصاً لها، وغالباً ما تتسبب في تلوث مائي كبير.

يُستخدم الماء في توليد الطاقة . الطاقة الكهرومائية هي الكهرباء المُستمدة من الطاقة الكهرومائية . وتُستمد الطاقة الكهرومائية من الماء الذي يُشغل توربينًا مائيًا متصلًا بمولد كهربائي. تُعد الطاقة الكهرومائية مصدرًا منخفض التكلفة، وغير مُلوث، ومتجددًا للطاقة. وتُستمد الطاقة من حركة الماء. عادةً ما يُبنى سد على نهر، مما يُنشئ بحيرة اصطناعية خلفه. يُدفع الماء المتدفق من البحيرة عبر توربينات تُشغل بدورها المولدات الكهربائية.

سد الخوانق الثلاثة هو أكبر محطة لتوليد الطاقة الكهرومائية في العالم.

يُستخدم الماء المضغوط في عمليات التنظيف بالضغط العالي وقواطع النفاثات المائية . وتُستخدم مسدسات الماء عالية الضغط للقطع الدقيق. يتميز هذا النظام بكفاءته العالية، وأمانه النسبي، وعدم ضرره بالبيئة. كما يُستخدم في تبريد الآلات لمنع ارتفاع درجة حرارتها، أو لمنع ارتفاع درجة حرارة شفرات المناشير.

يُستخدم الماء في العديد من العمليات والآلات الصناعية، مثل التوربينات البخارية والمبادلات الحرارية ، بالإضافة إلى استخدامه كمذيب كيميائي . ويُعدّ تصريف المياه غير المعالجة من الاستخدامات الصناعية تلوثًا . ويشمل التلوث المواد المذابة المُصرّفة (التلوث الكيميائي) ومياه التبريد المُصرّفة ( التلوث الحراري ). وتحتاج الصناعة إلى مياه نقية للعديد من التطبيقات، وتستخدم تقنيات تنقية متنوعة في كلٍّ من إمدادات المياه وتصريفها.

يستهلك القطاع الرقمي، وخاصة الذكاء الاصطناعي، كميات كبيرة من المياه، لذا فإن توسع الذكاء الاصطناعي قد "يهدد الأمن المائي العالمي والوطني". ^{[ 165 ]}

يُعدّ السلق والطهي على البخار والطهي على نار هادئة من طرق الطهي الشائعة التي تتطلب غالبًا غمر الطعام في الماء أو بخاره. ^{[ 166 ]} كما يُستخدم الماء في غسل الأطباق . ويلعب الماء أيضًا أدوارًا بالغة الأهمية في مجال علوم الأغذية .

تؤثر المواد المذابة، كالأملاح والسكريات، الموجودة في الماء على خصائصه الفيزيائية. تتأثر درجتا غليان وتجمد الماء بالمواد المذابة، وكذلك بضغط الهواء ، الذي يتأثر بدوره بالارتفاع. يغلي الماء عند درجات حرارة أقل مع انخفاض ضغط الهواء في المرتفعات العالية. يؤدي إضافة مول واحد من السكروز (السكر) لكل كيلوغرام من الماء إلى رفع درجة غليان الماء بمقدار 0.51 درجة مئوية (0.918 درجة فهرنهايت) ، بينما يؤدي إضافة مول واحد من الملح لكل كيلوغرام إلى رفع درجة الغليان بمقدار 1.02 درجة مئوية (1.836 درجة فهرنهايت) ؛ وبالمثل، يؤدي زيادة عدد الجزيئات المذابة إلى خفض درجة تجمد الماء. ^{[ 167 ]}    

تؤثر المواد المذابة في الماء أيضًا على نشاط الماء، الذي يؤثر بدوره على العديد من التفاعلات الكيميائية ونمو الميكروبات في الغذاء. ^{[ 168 ]} يُمكن تعريف نشاط الماء بأنه نسبة ضغط بخار الماء في المحلول إلى ضغط بخار الماء النقي. ^{[ 167 ]} تُقلل المواد المذابة في الماء من نشاط الماء، وهذا أمرٌ بالغ الأهمية لأن معظم نمو البكتيريا يتوقف عند مستويات منخفضة من نشاط الماء. ^{[ 168 ]} لا يؤثر نمو الميكروبات على سلامة الغذاء فحسب، بل يؤثر أيضًا على حفظه وفترة صلاحيته.

تُعدّ عسر الماء عاملاً حاسماً في تصنيع الأغذية، ويمكن تعديله أو معالجته باستخدام نظام التبادل الأيوني الكيميائي. يؤثر عسر الماء بشكل كبير على جودة المنتج، كما أنه يلعب دوراً في النظافة. يُصنّف عسر الماء بناءً على تركيز كربونات الكالسيوم فيه. يُصنّف الماء على أنه ماء يسر إذا كان تركيز كربونات الكالسيوم فيه أقل من 100  ملغم/لتر (المملكة المتحدة) ^{[ 169 ]} أو أقل من 60  ملغم/لتر (الولايات المتحدة) ^{[ 170 ] .}

بحسب تقرير نشرته منظمة "بصمة المياه" عام 2010، يتطلب إنتاج كيلوغرام واحد من لحم البقر 15 ألف لتر من الماء (3.3 × 10 ^ ^{3 جالون} إمبراطوري ؛ 4.0 × 10 ^ ³ جالون أمريكي ) ؛ ومع ذلك، يوضح المؤلفون أيضاً أن هذا متوسط ​​عالمي، وأن العوامل الظرفية هي التي تحدد كمية المياه المستخدمة في إنتاج لحم البقر. ^{[ 171 ]}     

الماء المخصص للحقن مدرج في قائمة منظمة الصحة العالمية للأدوية الأساسية . ^{[ 172 ]}

يوجد الماء على شكل بخار في:

• الغلاف الجوي للشمس : بكميات ضئيلة قابلة للكشف ^{[ 178 ]}
• الغلاف الجوي لعطارد : 3.4%، وكميات كبيرة من الماء في الغلاف الخارجي لعطارد ^{[ 179 ]}
• غلاف كوكب الزهرة الجوي : 0.002% ^{[ 180 ]}
• الغلاف الجوي للأرض : ≈0.40% فوق الغلاف الجوي الكامل، وعادةً ما يكون 1-4% على السطح
• غلاف القمر الجوي : بكميات ضئيلة ^{[ 181 ]}
• الغلاف الجوي للمريخ : 0.03% ^{[ 182 ]}
• جو سيريس ^{[ 183 ]}
• الغلاف الجوي لكوكب المشتري : 0.0004% ^{[ 184 ]} - في الجليد فقط؛ وغلاف قمره أوروبا ^{[ 185 ]}
• الغلاف الجوي لكوكب زحل - في الجليد فقط؛ إنسيلادوس : 91٪ ^{[ 186 ]} وديون ⁽ محيط تحت السطح) ^{[ 187} ]
• غلاف أورانوس الجوي – بكميات ضئيلة أقل من 50 بار
• غلاف نبتون الجوي - موجود في الطبقات الأعمق ^{[ 188 ]}
• أغلفة الكواكب الخارجية : بما في ذلك أغلفة HD 189733 b ^{[ 189 ]} و HD 209458 b ^{[ 190 ]} و Tau Boötis b [ ^{191 ] و} HAT-P-11b [ ^{192 ] [ 193 ] و} XO-1b و WASP-12b و WASP-17b و WASP-19b ^{[ 194 ]} .
• الأغلفة الجوية النجمية : لا تقتصر على النجوم الباردة، بل تم رصدها أيضاً في النجوم العملاقة الساخنة مثل منكب الجوزاء ، ومو سيفي ، وقلب العقرب، والسماك الرامح . ^{[ 193 ] [ 195 ]}
• الأقراص المحيطة بالنجوم : بما في ذلك أقراص أكثر من نصف نجوم T Tauri مثل AA Tauri ^{[ 193 ]} بالإضافة إلى TW Hydrae [ ^{196 ] [ 197 ]} و IRC +10216 ^{[ 198 ]} و APM 08279+5255 [ ^{175 ] [ 176 ] و VY} Canis Majoris و S Persei ^{[ 195 ]} .

يوجد الماء السائل على سطح الأرض، حيث يغطي 71% منه. ^{[ 22 ]} كما يوجد الماء السائل أحيانًا بكميات ضئيلة على سطح المريخ . ^{[ 199 ]} ويعتقد العلماء أن الماء السائل موجود على قمري زحل، إنسيلادوس ، على شكل محيط بسمك 10 كيلومترات يقع على عمق يتراوح بين 30 و40 كيلومترًا تقريبًا تحت سطحه القطبي الجنوبي، [200] [201] وتيتان ^{، على شكل طبقة تحت سطحية} ، ربما تكون مختلطة بالأمونيا . ^{[ 202 ]} ويُظهر قمر أوروبا التابع لكوكب المشتري خصائص سطحية تُشير إلى وجود محيط من الماء السائل تحت سطحه. ^{[ 203 ]} وقد يوجد الماء السائل أيضًا على قمر غانيميد التابع لكوكب المشتري على شكل طبقة محصورة بين الجليد والصخور تحت ضغط عالٍ. ^{[ 204 ]}

يوجد الماء على شكل جليد على:

• 

  المريخ : تحت التربة السطحية وعند القطبين. ^{[ 205 ] [ 206 ]}
• نظام الأرض والقمر: بشكل رئيسي على شكل صفائح جليدية على الأرض وفي فوهات القمر والصخور البركانية ^{[ 207 ]} أفادت وكالة ناسا باكتشاف جزيئات الماء بواسطة جهاز رسم خرائط المعادن القمرية التابع لناسا على متن المركبة الفضائية تشاندرايان-1 التابعة لمنظمة أبحاث الفضاء الهندية في سبتمبر 2009. ^{[ 208 ]}
• سيريس ^{[ 209 ] [ 210 ] [ 211 ]}
• ^أقمار المشتري: سطح أوروبا وكذلك سطح غانيميد ^{[ 212 ]} وكاليستو ^[ 213 ^{] [ 214 ]}
• زحل: في ^نظام حلقات الكوكب ^{[ 215 ]} وعلى سطح ووشاح تيتان ^{[ 216 ]} وإنسيلادوس ^[ 217 ^]
• نظام بلوتو – شارون ^{[ 215 ]}
• المذنبات ^{[ 218 ] [ 219 ]} وغيرها من الأجسام ذات الصلة بحزام كويبر وسحابة أورت ^{[ 220 ]}

ومن المحتمل أيضاً وجوده على:

• أقطاب عطارد ^{[ 221 ]}
• تيثيس ^{[ 222 ]}

من المحتمل أن يشكل الماء والمواد المتطايرة الأخرى جزءًا كبيرًا من الهياكل الداخلية لكوكبي أورانوس ونبتون ، وقد يكون الماء في الطبقات الأعمق على شكل ماء أيوني تتفكك فيه الجزيئات إلى حساء من أيونات الهيدروجين والأكسجين، وفي طبقات أعمق على شكل ماء فائق الأيونية تتبلور فيه أيونات الأكسجين، بينما تطفو أيونات الهيدروجين بحرية داخل شبكة الأكسجين. ^{[ 223 ]}