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Eigenschaften von Wasser:

ein physikalisch chemischer Überblick

Jens Knauth

02.05.16

http://www.corvusimages.com/bilderweb/daj6477.jpg/

http://tryforce.eu/include/images/teamlogos/1433926942einsatz_0006_trinkwasser_glas.png//

http://pngimg.com/upload/ice_PNG9324.png/

6 Wärmekapazität

  • Wasser besitzt für Flüssigkeit enorm hohe spezifische Wärmekapazität (4,1819 kJ/ kg ˣ K)
  • Abhängig von der Temperatur (Minimum:311K)

  • Hohe Wärmeleitfähigkeit
  • Hohe Schmelzwärme (6,0 kJ / mol bei 0°C) und Verdampfungswärme (40,657 kJ / mol bei 100°C)

Außerdem

Martin Chaplin: water properties. Hellman, 1999. Ludwig; Paschek, 2005.

1. Allgemeine Eigenschaften

3 Dichteanomalie des Wassers

  • Schmelz-/ Siedepunkt: 0,00°C/ 99,97°C

H2S: -85,7°C/ -60,20°C; Methan: -182°C/ -162°C

  • starker Dipol, gutes Lösungsmittel
  • pH-Wert bei 22°C: 7,0

5 Verhalten an Grenzflächen

Isotopenwasser:

http://sambatanz-bremen.de/wp-content/uploads/2012/05/WasserTropfen-178x300.png/

  • Wasser besitzt enorm hohe Oberflächenspannung
  • Grund: H-Brücken äußerer Moleküle sind nur nach innen gerichtet =>Krafteinwirkung
  • Grenzfläche Wasser/Luft exemplarisch für viele weitere Grenzflächen
  • D2O: "schweres Wasser"
  • T2O: "überschweres Wasser"
  • HDO: "halbschweres Wasser"

Martin Chaplin: water properties

Martin Chaplin: water properties. Hellmann, 1999. PubChem database.

aus: Ludwig, Paschek, Wasser – Anomalien und Rätsel, Chemie unserer Zeit, Ausgabe 39, 2005, S.173

Ludwig; Paschek, 2005.

4 Unterkühltes Wasser

  • Wasser benötigt zum Gefrieren sog. Kristallisationskeim
  • In Natur: Verunreinigung im Wasser
  • Reines Wasser: Gefrieren erst bei ca. 225K, Wassermoleküle bilden dann selbst Eiskristalle

http://40.media.tumblr.com/tumblr_mej40tU9v91rahlr4o4_1280.jpg/

"Wasser gefriert bei 0 Grad Celsius zu Eis"

Hofrichter; Gregus; Gregus; 2013. Molinero; Moore, 2011.

2. Struktur von Wasser

2.1 Wasserstoffbrückenbindungen im Wasser

  • Grundlage der Wasserstruktur
  • "Lebensdauer" einer H-Brücke: 50fs

=>häufige Strukturänderungen

  • Im Idealfall ist jedes Wassermolekül zweifacher Donor und Akzeptor

aus: Ludwig, Paschek, Wasser – Anomalien und Rätsel, Chemie unserer Zeit, Ausgabe 39, 2005, S.167

Hofrichter; Gregus; Gregus, 2013. Ludwig; Paschek, 2005.

2.2 Strukturen in der Gasphase

2.3 Tetraederstruktur im Eis

aus: Ludwig, Paschek, Wasser – Anomalien und Rätsel, Chemie unserer Zeit, Ausgabe 39, 2005, S.168

  • Bildung diverser Cluster begrenzter Größe
  • Bis zum Pentamer: Ringstruktur
  • Hexamere liegen in verschiedenen Formen vor

  • Polymorphismus: zahlreiche verschiedene Eisstrukturen
  • Bei 0°C und Standardbedingungen: Eis I / Eh
  • "nearest neighbor geometry" strukturunabhängig
  • Bindungswinkel der Wassermoleküle aufgeweitet

aus: Ludwig, Paschek, Wasser – Anomalien und Rätsel, Chemie unserer Zeit, Ausgabe 39, 2005, S.168

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/31/Cryst_struct_ice.png/

Ludwig; Paschek, 2005.

Franks, 1972. Ludwig; Paschek, 2005.

2.4 Strukturen im Wasser

Wasserstruktur in Abhängigkeit von der Temperatur

250K

270K

  • CRTN: "continuos random tetrahedral network"
  • jedes Wassermolekül von 4-5 Nachbarn umgeben
  • "Netzwerk-Defekte" erhöhen Mobilität
  • Abkühlen führt zu Erhöhung von Volumen und Ordnung

330K

aus: Ludwig, Paschek, Wasser – Anomalien und Rätsel, Chemie unserer Zeit, Ausgabe 39, 2005, S.171

Ludwig; Paschek, 2005.

Literaturverzeichnis

Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit

Monografien:

Hofrichter, Robert; Gregus, Martin; Gregus, Martin jr. Wasser. 1. Auflage. Stuttgart, 2013. S50, 57, 76f.

Franks, Felix. Water, a comprehensive treatise. 3. Auflage. New York, 1972. S 116-118.

Hellmann, Hubert. Lehrbuch der Hydrologie Bd. 2 - Qualitative Hydrologie. Stuttgart, 1999. S17, 18, 153ff., 378f.

Zeitschriften:

Ludwig, Ralf; Paschek, Dietmar. Wasser - Anomalien und Rätsel. Chemie Unserer Zeit. 2005. Ausgabe 39. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. Weinheim. S 164-175.

Moore, Emily; Molinero, Valeria. Structural transformation in supercooled water

controls the crystallization rate of ice. Nature. 2011. Ausgabe 479. Macmillan Publishers Limited. S. 506.

Weblinks:

Chaplin, Martin: Water structure and science - Water Properties (including isotopologues). 2000. http://www1.lsbu.ac.uk/water/water_properties.html . (Stand: 28.04.2016)

PubChem Database: Water. https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/962#section=Top . (Stand:28.04.2016)

Video-Quelle:

Grant Thompson: Instant Ice - Waterbending In Real Life! https://youtu.be/sQdLttUh_b0.

0,27%

aus: Ludwig, Paschek, Wasser – Anomalien und Rätsel, Chemie unserer Zeit, Ausgabe 39, 2005, S.165

Abkühlen: Volumensvergrößerung aufgrund höherer Ordnung der Teilchen

Maximale Dichte: 3,978 °C

Erwärmung:

Volumenvergrößerung durch Teilchenbewegung

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/08/Phase_diagram_of_water.svg/700px-Phase_diagram_of_water.svg.png/

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