Wasser
75% des menschlichen Körpers bestehen aus Wasser, 2/3 der
Erdoberfläche ist mit Wasser bedeckt. Die Wasservorkommen der Erde belaufen sich
auf ca. 1,38 Milliarden km3. Der weitaus größte Teil, 97,4 % davon ist das in
den Weltmeeren vorkommende Salzwasser. Nur 2,6 % davon (36 Millionen km3) liegen
als Süßwasser vor. Das meiste Süßwasser ist als Eis an den Polen und in
Gletschern gebunden; nur 0,3 % der weltweiten Wasservorräte (3,6 Millionen km3)
sind als Trinkwasser verfügbar.
Wasser bedeutet aber auch Feuchte am Bau. Die Folgen sind hinlänglich bekannt.
Diese Übersicht in Steckbriefform soll uns diesen Stoff näher bringen.
Aggregatzustände: fest (Eis, Schnee oder Hagel),
flüssig (Wasser), gasförmig (Dampf, Dunst, Nebel, Wolke); er hängt von der
Temperatur und vom Druck ab
Anomalie: trotz Erwärmung zieht sich
Wasser bis 4°C zusammen und dehnt sich erst oberhalb von 4°C wieder aus;
unterhalb von 4°C wird die Dichte kleiner, dadurch bildet sich bei Frost
das Eis zuerst auf der Oberfläche und bleibt dort, weil es eine geringere
Dichte als die Flüssigkeit hat
Bindung: Dipolmoment in der Gasphase:
1,84 D, Bindungslänge in der Gasphase: 95,7 pm, Bindungswinkel in der
Gasphase: 104,5°
Dampfdruck: für das dynamischen Gleichgewicht
zwischen Verdampfen und Kondensieren ist im Gasraum eine bestimmte Dichte
von Molekülen notwendig, es stellt sich der zugehörige Dampfdruck p zur
Temperatur ein
Dampfdruckkurve: die Trennlinie im Zustandsdiagramm
zwischen gasförmig und flüssig/fest
Dichte: 1 g/dm3 bzw. 1 kg/l bzw. 1
t/m3 bei +4 °C (277,16 K); verschiedene Dichtewerte des Wassers bei
Normaldruck in Meershöhe: 0°C: 0,9168; 1°C: 0,9999; 4°C: 1,0000; 10°C:
0,997; 15°C: 0,9991; 20°C: 0,9982; 25°C: 0,9971; 100°C: 0,9584
Eis: ist leichter als Wasser:
unter 0°C überwiegt die Elektrostatik (abnehmende Wärmebewegung bei
niedrigen Temperaturen), und es bildet sich eine feste Struktur aus
(Eiskristall); durch Wasserstoffbrückenbindungen im Eiskristall entsteht
eine Struktur mit vielen Hohlräumen, deshalb ist die Dichte von Eis um
etwa 9% geringer als die von Wasser bei 4C
Elektrische
Leitfähigkeit: reines Wasser ist nicht elektrisch leitend, nur
die im Wasser gelösten Stoffe (Ionen) wirken leitend
Erwärmung: übt man einen steigenden Druck
aus, erwärmt sich Wasser auch bei Druckerhöhung nur bis 35,6°C
Farbe: farblos bzw. klar
Feuchte: ist das Verhältnis zwischen
tatsächlichem Partialdruck und Sättigungsdruck, angegeben in %
Festpunkt: = Gefrierpunkt: bis zu einer
bestimmten Temperatur liegt Wasser in fester Form vor; weil die Atome sich
so wenig bewegen, dass ein fester Stoff vorliegt (Kristallgitter)
Formel,
chemische: H2O
Gefrierpunkt: ±
0 °C (273,15 K): Wasser geht unter Ausdehnung seines Volumens um 1/11 vom
flüssigen in den gefrorenen Zustand über
Geschmack: reines Wasser ist geschmacklos
Geruch: reines Wasser ist geruchlos
Hydrophilie: Teilchen mit elektrischen
Ladungen oder Teilladungen ziehen Wassermoleküle an und umgeben sie mit
einer Wasserhydrathülle, dadurch wird die Löslichkeit von Ionen und von
Molekülen mit polaren Gruppen (-OH-, -COO- und NH4 +) ermöglicht - Stoffe
mit polaren Gruppen sind daher hydrophil
Hydrophobie: Stoffe mit apolaren Gruppen (z.B.
-CH3) sind hydrophob, das ist das Gegenteil zu Hydrophobie
Kapillarität: Eigenschaft des Wassers, sich
in engen Spalten und Röhrchen unterschiedlich auszubreiten; sie hängt eng
mit Adhäsion, Kohäsion und Oberflächenspannung zusammen. Wasser als eine
benetzende Flüssigkeit wird in einer Kapillare nach oben gezogen, wenn die
Adhäsion größer als die Kohäsion ist.
Kondensation: tritt ein, wenn der Partialdruck
über den Sättigungsdruck steigt (auch Nebelbildung genannt)
Lösemittel: Wasser ist ein hervorragendes
Lösemittel gerade für polare Stoffe wie Salze, weil es zwischen Ionen und
Wassermolekülen starke elektrostatische Wechselwirkungen gibt; die
Hydrathüllen von Ionen spielen für den Transport durch die Membran eine
wichtige Rolle
Molekül: Wasser ist eine
Molekülverbindung (Dipol), und keine Ionenverbindung; das O-Atom hat zwei
einfach besetzte Kugelwolken, die mit den Kugelwolken von zwei H-Atomen
überlappen können; die Atome Wasserstoff und Sauerstoff können
gegeneinander schwingen und das gesamte Molekül kann rotieren; Die
Wasserstoffatome sind in einem Winkel von 104° um das Sauerstoffatom
angeordnet. Die Sauerstoffatome besitzen eine stärkere negative
Ladungsverteilung innerhalb des Moleküls, dabei bildet das Sauerstoffatom
den negativen Pol und die Wasserstoffatome die positiven Pole.
Molekularbewegung: Brownsche M:: es gibt statistisch in
jedem Körper bei jeder Temperatur immer mindestens einige Moleküle, die
genügend kinetische Energie besitzen, um die potentielle Energie
(Bindungsenergie) im Körper zu überwinden
Oberflächenspannung: die zwischen den Wassermolekülen
wirkenden Anziehungskräfte (Wasserstoffbrückenbindungen) wirken
gleichmäßig nach allen Seiten und heben sich daher in ihrer Wirkung
gegenseitig auf; an der Oberfläche wirken ins Innere gerichtete Kräfte,
weil die Oberflächenmoleküle nur an der Unterseite weitere Moleküle
angelagert haben; die Summe dieser Kräfte ist die O.
Partialdruck: gibt es immer in der Luft, er
kann nicht höher sein als der nach der herrschenden Temperatur zu
erwartende Dampfdruck (Sättigung)
Schmelzpunkt:
±
0 °C
Schmelzpunktkurve: die Trennlinie im Zustandsdiagramm
zwischen fest und flüssig
Schmelzwärme: die S. erscheint nicht als Erhöhung
der Temperatur (latente Wärme), da beim Schmelzen die potentielle Energie
der Moleküle untereinander erhöht wird
Schmelzwärme,
spezifische: LE
= 334 J/g bei 0°C
Sieden: beobachtet man, wenn der äußere
Druck auf die Substanz (meist der äußere Luftdruck) gleich dem Dampfdruck
bei dieser Temperatur ist
Siedepunkt: + 100 °C (373,15 K), sie ist
abhängig vom Luftdruck
Tripelpunkt: 273,16 K (+ 0,01 °C), hier sind
Druck und Temperatur absolut festgelegt; es ist der Punkt, bei dem alle
drei Phasen (Aggregatzustände) simultan beobachtet werden können
Tropfen: diese Form ergibt sich durch
Gravitationswirkung aus der Kugelform (eine Wasserportion will eine
möglichst kleine Oberfläche ausbilden, damit möglichst wenige
Wassermoleküle an der Oberfläche liegen müssen)
Verdampfen: Moleküle verlassen den Körper,
sie dampfen ab
Verdampfungspunkt: ab einer bestimmten Temperatur bewegen
sich die Teilchen so stark, dass sie in den gasförmigen Zustand übergehen
(Siedepunkt)
Verdampfungswärme,
spez:: LS
= 2.255 J/g bei 100°C
Wärmekapazität,
molare: cm (H2O)
Z (2+16)∙10-3∙c (H2O) = 75 J/(K·mol)
Wärmekapazität,
spezifische: c (H2O) = 4,18 kJ/(K·kg), Wasser speichert also
verhältnismäßig viel Wärmeenergie (bei Raumtemperatur etwa das doppelte
von z. B. Öl) bzw. es benötigt, um erhitzt zu werden, vergleichsweise viel
thermische Energie
Wasserstoffatom: ein Wasserstoffatom wiegt m(H) =
0,000 000 000 000 000 000 000 001 674 g
Wasserstoffbrückenbindung: die positiv geladenen Wasserstoffatome
stehen mit dem Elektronenpaar des Sauerstoffatoms eines weiteren
Wasserstoffmoleküls in Wechselbeziehung (relativ starke Bindung); dadurch
besitzt Wasser einen höheren Siede- und Schmelzpunkt als andere Stoffe in
der Zelle, eine große Oberflächenspannung und eine höhere spezifische
Wärmekapazität
DIMaGB, 10.11.2004
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