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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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