Physikalische und chemische Eigenschaften des Wassers

Die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Wasser

Die Eigenschaften des Wassers: Allgemeines und Neugier
Die Eigenschaften von Wasser: Isotope und Molekülstruktur

Geschichte

Wasser wurde von den Alten als eines der 4 Grundelemente betrachtet: Die Welt bestand aus einer Mischung dieser 4 wesentlichen Prinzipien in variablem Verhältnis. Es galt bis ins 1774. Jahrhundert als einfacher Körper. Dann entdeckten mehrere Chemiker, dass Wasser kein einfacher Körper ist, indem sie seine Synthese und Analyse durchführten. Lassen Sie uns die Vorläufer zitieren, Priestley, der aus der Verbrennung von Wasserstoff Wasser produzierte (1783), Watts (1783), der die Hypothese aufstellte, dass Wasser kein einfacher Körper sei, Monge, der das erkannte Synthese unter Einwirkung eines elektrischen Funkens aus einem Gemisch von Sauerstoff und Wasserstoff. Das entscheidende Syntheseexperiment war jedoch das von Lavoisier und Laplace (1800), die in einem denkwürdigen öffentlichen Experiment Wasser aus Wasserstoff und Sauerstoff synthetisierten. Die Zersetzung von Wasser erfolgte später, nach der Entdeckung der elektrischen Zelle durch Volta im Jahr 2. Die Elektrolyse von Wasser ermöglichte es, das jeweilige Verhältnis von Sauerstoff und Wasserstoff zu messen, um schließlich zu dem zu gelangen bekannte chemische Formel H1800O. Die erste praktische (und spektakuläre) Elektrolyse wurde 1803 in Paris von Robertson durchgeführt; Die chemische Formel wurde durch die theoretischen Arbeiten von Dalton (1811) und Avogadro (XNUMX) geklärt.

Physikalische Eigenschaften von Wasser

Wasser hat im Vergleich zu anderen Flüssigkeiten ganz bestimmte physikalische Eigenschaften. Es erscheint als „strukturierte“ Flüssigkeit und ist nicht wie andere Flüssigkeiten gestört, da seine elementaren Bestandteile miteinander verbunden sind.

Die Eigenschaften von Wasser dienen als Referenz für die internationale Normierung numerischer Skalen: Temperatur, Dichte, Masse, Viskosität, spezifische Wärme. Die spezifische Wärme ist außergewöhnlich hoch (18 Kalorien pro Grad), was die große thermische Trägheit des Wassers und seine regulierende Rolle für die Temperatur der Erdoberfläche erklärt. Die Ozeane speichern eine enorme Menge an Wärme, die sie durch Meeresströmungen umverteilen. Die Verdunstung von Wasser absorbiert Energie in der aquatischen Umgebung und senkt die Temperatur. Die Kondensation des Dampfes in den Wolkentröpfchen gibt diese Wärme an die Atmosphäre zurück. Die Gewässer auf der Erdoberfläche sind echte Thermo-Shuttles für das Klima.

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Die Dichte des Wassers variiert mit seiner Temperatur; Sie nimmt zu, wenn die Temperatur sinkt, aber die maximale Dichte liegt bei 4 ° C (0,997 g / cm3) und nicht wie erwartet bei 0 °. So gefrieren Meere und Seen von der Oberfläche und nicht vom Boden, wo sich durch Schichtungsphänomen das dichteste Wasser ansammelt. Wasser im festen Zustand ist leichter als flüssiges Wasser (Eisdichte: 0,920 g / cm3).

Die Viskosität von Wasser hängt von seiner Isotopenzusammensetzung ab: Schweres Wasser ist 30% viskoser als normales Wasser. Die Viskosität nimmt zuerst mit dem Druck ab und nimmt danach zu.

Der isotherme Kompressibilitätskoeffizient von Wasser ist klein (4,9 × 10 –5 pro bar), und wir können Wasser in erster Näherung als inkompressibel betrachten. Nichtsdestotrotz wirken die großen atmosphärischen Depressionen auf den Meeresspiegel, der bei Stürmen ansteigt. Die Oberflächenspannung ist hoch: Das Wasser ist ein gutes Netzmittel (72 dyn / cm); es schleicht sich ein und durchdringt alle Zwischenräume und Poren von Gesteinen sowie Böden durch das Phänomen der Kapillarität. Diese Eigenschaft ist von grundlegender Bedeutung für die Speicherung von Wasser in Grundwasserleitern und für die Oberflächenerosion von Gesteinen (Platzen unter Frosteinwirkung: Der Wasser-Eis-Durchgang entwickelt einen Druck von bis zu 207 kPa). Die starke Oberflächenspannung erklärt auch die Kugelform der Wassertropfen.

Der physikalische Zustand des Wassers hängt von Temperatur und Druck ab. Der Flüssiggasdurchgang erfolgt üblicherweise bei 100 ° C bei Normaldruck, jedoch bei 72 ° C nur auf dem Gipfel des Everest (8 m). Die Schmelztemperatur des Eises nimmt mit dem Druck ab: Unter Druckeinwirkung wird das Eis wieder flüssig: Die Skater rutschen also tatsächlich auf einem dünnen Film aus flüssigem Wasser, der sich unter dem Druck des Skates bildet . Der Tripelpunkt von Wasser liegt bei 848 ° C unter 0,01 mbar.

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Das Wasser kann unterhalb des Schmelzpunktes des Eises flüssig bleiben: Dieses Unterkühlungsphänomen kann bis zu einer Temperatur von -40 ° C aufrechterhalten werden. Es ist durch die Abwesenheit von Keimen zu erklären, die eine feste Kristallisation auslösen. In der Natur wird der Keim von einem verbreiteten Bakterium, Pseudomonas syringae, geliefert. Die genetische Manipulation dieses Bakteriums ermöglicht es, entweder das Einfrieren von Obstbäumen zu verzögern oder das Einfrieren zu beschleunigen, um leichter künstlichen Schnee zu erzeugen.

Wasser ist schließlich ein ausgezeichnetes Lösungsmittel, das als Vehikel für die meisten Ionen auf der Erdoberfläche dient.

Chemische Eigenschaften von Wasser

Wasser ist ein ausgezeichnetes Lösungsmittel, das eine sehr große Anzahl von Salzen, Gasen und organischen Molekülen löst. Die chemischen Reaktionen des Lebens finden in einem wässrigen Medium statt; Organismen sind sehr wasserreich (bis zu über 90%). Es wurde lange Zeit als neutrales Lösungsmittel angesehen, das nur wenig oder gar nicht an chemischen Reaktionen beteiligt ist. Durch die Verdünnung in Wasser konnte insbesondere die Aktivität der Reagenzien verlangsamt werden. Tatsächlich ist Wasser ein sehr aggressives chemisches Mittel, das die Wände des Behälters angreifen kann: In einer Glasflasche passieren Siliziumionen das Wasser. Reines Wasser kann unter regulatorischen Gesichtspunkten existieren, d. H. Wasser ohne bakterielle und chemische Verunreinigungen, aber es existiert unter chemischen Gesichtspunkten praktisch nicht: Sogar destilliertes Wasser enthält Spuren von Ionen oder organische Moleküle aus Rohren und Behältern.

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Bei chemischen Reaktionen greift Wasser zunächst ein, indem es sich in H + -Protonen, die häufig mit H2O assoziiert sind, um hydratisierte Protonen H3O + zu bilden, und in Hydroxylionen OH- auflöst. Das Verhältnis zwischen diesen beiden Ionentypen bestimmt den pH-Wert der Lösung (pH: Logarithmus des Inversen der molaren Konzentration von H +). Viele Metalle können Wasser zersetzen und dabei Wasserstoff und ein Metallhydroxid erzeugen.

Die Auflösung von Ionen (Salze, Säuren, Basen) ist eine Folge der Polarität von Wasser. Die Konzentration von Ionen in einem Salz charakterisiert das Löslichkeitsprodukt. Die Salze haben unterschiedliche Löslichkeitsproduktwerte, was das Phänomen der fraktionierten Kristallisation beim Verdampfen einer Salzlösung erklärt: In Salzwiesen lagert Meerwasser zuerst Calciumcarbonat ab. Calciumsulfat, dann Natriumchlorid und schließlich sehr lösliche Salze wie Kalium, Jodide und Bromide.

Eine wichtige Eigenschaft auf der Erdoberfläche ist die Auflösung von CO2, das eine schwache Säure, Kohlensäure, erzeugt, die für die chemische Veränderung vieler Gesteine, insbesondere Kalkgesteine, verantwortlich ist. Die Menge an gelöstem CO2 ist eine Funktion des Drucks und eine umgekehrte Funktion der Temperatur. Calciumcarbonat kann in Form von saurem Carbonat gelöst und dann entsprechend den Temperatur- und Druckschwankungen wie im Fall von Karstnetzen umgefällt werden.

Quelle: http://www.u-picardie.fr/

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