JeanPS
Erfahrener Benutzer
So, letztes jahr hab ich mich viel mit dem Thema Wasser beschäftigt - vor allem wegen der schule. Und jetzt stelle ich mal vor, was es über diese wundersame verbindung zu sagen gibt:
Was ist Wasser?
Wasser ist eine klare, geruchs- und geschmackslose Flüssigke
Es ist eine Verbindung aus den Elementen Sauerstoff (O2) Wasserstoff (H2).
Die Bezeichnung "Wasser" bezieht sich meist auf Wasser
Flüssigkeit, da es als Feststoff umgangssprachlich als "Eis" und
der gasförmigen Phase als "Dampf" bezeichnet wird.
Das Wort "Wasser" stammt vom indogermanischen wadar ab
(ca. 3000 v.Chr.). Wasser leitet sich auch von dem altgriechisc
hydror, und vom althochdeutschen wazzar (das Feuchte,
Flüssige) ab.
Trivialnamen für Wasser sind unter anderem:
? Wasserstoffoxid (es existieren jedoch mehrere Oxide Wasserstoffs)
? Diwasserstoffmonoxid
? Wasserstoffhydroxid
? Hydrogeniumoxid
? etc.
Synthetisierung von Wasser
Im 18. Jahrhundert wurde Wasser das erste mal durch Henry Cavendish per Knallgasreaktion hergestellt, indem er ein Gemisch aus Sauerstoff und Wasserstoff zur Explosion brachte. So benutzt man "Knallgas" auch als Raketentreibstoff.
Nachweis
Weißes Kupfersulfat wird durch Wasser hellblau gefärbt, und blaues
Cobalt(II)-chloridpapier rot.
Dihydrogenmonoxid ? Ein wissenschaftlicher Scherz
Es ist ein chemisch korrekter Name für Wasser, nur dass dieser weitaus fachsprachlicher klingt. Dieser Name entstand als Karikatur der Ängste der Bevölkerung vor Chemikalien. Das Scherzhafte daran ist, dass "Chemie" im allgemeinen als ungesund bis giftig, künstlich, risikoreich angesehen wurde. Letzten Endes wurde auch die Öko-Bewegung in Frage
gestellt, da meist nur über schädliche Nebeneffekte chemischer Stoffe berichtet wurde, die breite Masse jedoch nichts über die eigentlichen Zusammenhänge einer Gefährdung wusste.
Ursprung des Scherzes
Anfang der 1980er Jahre kamen österreichische Gymnasiasten aus Chemie-Leistungskursen auf die Idee, mit Hilfe von Unterschriftensammlungen von Eltern und Lehrern, dem Schulhausmeister zu verbieten, Pflanzen mit "DHMO" zu behandeln.
1989 waren auf der Universität von Kalifornien in Santa Cruz DHMO-Warnungen als Flugblätter im Umlauf. Seit 1994 werden solche Warnungen im Internet aufbereitet.
Gefahren von Dihydrogenmonoxid
? Als Hydroxylsäure, Hauptbestandteil von saurem Regen
? Beitrag zu Bodenerosion und Treibhauseffekt
? Beschleunigt Korrosion
? Einatmen kann zum Tode führen
? In Krebszellen entdeckt
? Süchtige sterben bei Entzug nach spätestens 160 Stunden
? Längerer Kontakt führt im festen und gasförmigen Zustand zu Gewebeschäden
Ungeachtet dessen wird es weiterhin Lebensmitteln und der Umwelt zugeführt.
Eigenschaften
Trotz seiner geringen molaren Masse liegt Wasser unter Normalbedingungen als Flüssigkeit vor. Dies ist jedoch nicht die einzige besondere Eigenschaft von Wasser.
Physikalische Eigenschaften
Molare Masse 18,02 g/mol
Siedepunkt 100°C
Schmelzpunkt 0°C
Dichte (20°C) 0,9982 g/cm3
maximale Dichte (0,9999 g/mL) bei 3,98°C
Brechungsindex 1,333
spez. Wärmekapazität 4,186 kJ/kg*K
Schmelzwärme 334 kJ/kg
Verdampfungswärme 2260 kJ/kg
Chemische Eigenschaften
molare Bildungsenthalpie (l) -286,17 kJ/mol
molare Bildungsenthalpie (g) -242 kJ/kg
Reaktivität
Wasser ist ein Ampholyt, d.h., es kann sowohl als Base (OH-) als auch als Säure (H3O+) reagieren. Theoretisch hat es einen pH-Wert von 7, jedoch liegt dieser in der Praxis zwischen 5 und 7, da nach einiger Zeit Bestandteile der Luft in Wasser gelöst werden, die den pH-Wert verändern.
Nivellierender Effekt
Da sehr starke Basen und Säuren in Wasser vollständig dissoziieren, lassen sich zwischen ihnen keine unterschiede im pH-Wert feststellen. Dies liegt am gleichmachenden Effekt des Wassers. Um die Säurestärke
sehr starker Säuren festzustellen, werden die Säurekonstanten in nichtwässrigen Lösungsmitteln bestimmt und annähernd auf das wässrige System übertragen.
Anomalie des Wassers
Bei abgekühlten Flüssigkeiten nimmt die Dichte bis zum Gefrieren hin zu, Wasser bildet jedoch eine Ausnahme.
Wasser ist die einzige Flüssigkeit, deren höchste Dichte über dem Gefrierpunkt liegt. Der Punkt mit der höchsten Dichte liegt bei 3,8°C, der Gefrierpunkt bei 0°C, d.h. dass Wasser sich beim Gefrieren ausdehnt und Eis aufgrund der geringeren Dichte auf Wasser schwimmt. Zudem kommt Wasser in der Natur als einzige Substanz in allen drei
Aggregatzuständen vor.
Kritischer Punkt
Der kritische Punkt eines Stoffes ist der Druck und die Temperatur, in der die flüssige und die gasförmige Phase gleiche Dichten besitzen, so dass an diesem Punkt kein Unterschied zwischen den beiden Aggregatzuständen festzustellen ist. Bei Wasser liegt dieser Punkt bei 374,15°C und 22,1Mpa.
Tripelpunkt
Der Tripelpunkt ist ein "Dreiphasenpunkt", d.h. dass Wasser unter bestimmten Bedingungen in drei Aggregatzuständen gleichzeitig vorkommt, ohne dass sich die Mengenverhältnisse der drei Phasen ändern. Bei Wasser sind diese Bedingungen bei 0,01°C und 611,66Pa
Das Wassermolekül
Da Wasser aus den Nichtmetallen Wasserstoff und Sauerstoff besteht, liegt es in Form von Molekülen vor.
Durch seine Polarität - das Wassermolekül ist ein Dipol - besitzt es besondere Eigenschaften:
? Eis schwimmt in Wasser von 4°C
? Mit 4,18 kJ/mol*K hat es die größte Wärmekapazität
? Eine geringe Wärmeleitfähigkeit
? Die zweitgrößte Oberflächenspannung ? nach Quecksilber
Das Molekül besteht aus zwei Wasserstoffatomen, welche an einem Sauerstoffatom gebunden sind. Durch die höhere Elektronegativität des Sauerstoffs gegenüber den Wasserstoffen, und der dreieckigen Geometrie besitzt das Wassermolekül auf der Seite des Sauerstoffs einen
negativen Pol, auf der Seite der beiden Wasserstoffatome einen positiven Pol. Das Wassermolekül ist so gewinkelt, dass die zwei Elektronenpaare des Sauerstoffs in die Ecken eines fiktiven Tetraeders gerichtet sind. Der Winkel zwischen den beiden Wasserstoffen beträgt 104,45° und weicht so vom idealen Tetraederwinkel ab. Je nachdem, welche Wasserstoffisotope an den Sauerstoff gebunden sind, unterscheidet man normales, halbschweres, schweres und
überschweres Wasser. So unterscheiden sich diese Wasserarten auch in ihrer molaren Masse.
Wasserstoffbrücken
Die Dichteanomalie des Wassers wird durch Wechselwirkungen der einzelnen Moleküle über Wasserstoffbrücken verursacht. Diese zwischenmolekularen Anziehungskräfte wirken nicht dauerhaft, die Verkettungen bleiben nur für Sekunden-Bruchteile bestehen. Danach lösen sich die Ketten und verknüpfen sich erneut. Dadurch, dass der Wasserstoff im Wassermolekül einen positiven Pol bildet, und der Sauerstoff einen negativen Pol, kann man sich vorstellen, dass sich die Wasserstoffatome an den Sauerstoffatomen "anlagern". Durch die Bildung von Wasserstoffbrücken liegt Wasser, trotz seiner geringen molaren Masse, unter Normalbedingungen als Flüssigkeit vor.
Vorkommen
Wasser bedeckt 71% der Erdoberfläche, so dass der größte Teil der Erdoberfläche mit Wasser bedeckt ist. Das Wasservorkommen auf der Erde beläuft sich auf 1,386 Mrd. km3, jedoch sind davon 96,5% maritimes Salzwasser. Von den restlichen 24,4 Mio. km3 sind jedoch 1,77% als Pol- oder Gletschereis gefroren. Dadurch, dass Trinkwasser nur einen geringen Teil des flüssigen Süßwassers ausmacht, und angesichts der hohen "Nachfrage" an Trinkwasser wird dieses umso kostbarer.
Oberflächengewässer
Oberflächengewässer sind Wasserflächen auf der Erdoberfläche. Dazu zählen Steh- und Fließ-Gewässer, wie Flüsse, Seen, Kanäle, Stauseen, Meere, Bäche, Sickerwasser. Oberflächengewässer sind ein Gemisch aus Wasser verschiedenster Herkunft und Zusammensetzung. Alle
Oberflächengewässer beinhalten Mikroorganismen und (in geringem Maße) Schwermetalle. Die Wasserqualität wird in Güteklassen ausgedrückt. Sie entstehen großteils durch Verdunstung, Kondensation und Niederschlag von Meerwasser.
Herkunft des Wassers
Die Herkunft des Wassers, sowie der Grund des hohen Vorkommens auf der Erde sind bisher nicht ausreichend geklärt. Ein Teil gelangte zweifellos durch Ausgasen von Magma in die Atmosphäre, also stammte es aus dem Erdinneren. Zudem ist Wasserstoff das häufigste Element im
Universum, und Sauerstoff kommt als Oxide in riesigen Mengen vor.
Wasser außerhalb der Erde
Auch außerhalb der Erde kommt Wasser in gigantischen Mengen vor, nur "dünn verteilt". Zum Beispiel als Eis auf Meteoriten und in Kratern auf Planeten und Monden in unserem Sonnensystem.
Wasserarten
Wasser ist nicht gleich Wasser. Durch unterschiedliche Herkünfte und somit auch verschiedener Inhaltsstoffe lassen sich Wassersorten unterscheiden. Zudem kann Wasser auch aus verschiedenen Isotopen des Wasserstoffs bestehen.
Kristallwasser / Hydratwasser
Kristall- oder Hydratwasser ist in kristallinen Festkörpern wie Salzen oder Proteinkristallen gebunden. Kristallwasserhaltige Substanzen werden auch Hydrate genannt. So gibt es kristallwasserfreies Natriumsulfat-Anhydrat und das Dekahydrat (Na2SO4x10H2O) mit 10
Wassermolekülen pro Molekül Na2SO4.
Die Wassermoleküle können koordinativ an Ionen gebunden sein, sich über Wasserstoffbrücken an Moleküle Anlagern, oder wie bei Zeolithen nicht am Kristallgitter beteiligt sein, jedoch ist die häufigste Form In Proteinkristallen sind die Bindungsverhältnisse am vielfältigsten. Meist ist das Kristallwasser nur locker gebunden und verdampft bei
starker Erwärmung. Dies ist eine Form des Recyclings von Gips. Andere Substanzen können sich so im eigenen Hydratwasser lösen. Kristallwasserfreie Salze, so genannte Anhydrate, werden durch ihre stark hygroskopische Wirkung als Trocknungsmittel für Gase und
organische Lösungsmittel eingesetzt. Bei der Einbindung des Kristallwassers wird Hydratationswärme frei.
Abgrenzung von Gashydraten
Gashydrate sind im eigentlichen keine Hydrate, da die Gase in den Struktur-Hohlräumen kristallinen Wassers eingelagert sind, und sich das Wasser nicht an den Gasmolekülen anlagert. Die Wassermoleküle erzeugen selbst eine Kristallstruktur, in denen die Gasmoleküle wie in
einem Käfig gefangen sind. Durch Schmelzen der Käfigstruktur des Wassers lassen sich die Gase wieder freisetzen.
Vollentsalztes Wasser
Deionisiertes, demineralisiertes, destilliertes oder vollentsalztes Wasser enthält gegenüber anderen Wasserarten keine Fremdionen und somit besitzt es eine extrem schlechte Leitfähigkeit. Theoretisch würden Elektrogeräte sogar noch unter Wasser funktionieren und keinen Schaden nehmen.
In der Regel wird es durch Ionenaustausch aus Leitungswasser gewonnen. Im Gegensatz zu destilliertem Wasser enthält es wesentlich mehr organische Verunreinigungen und Keime. In der Chemie und der Biologie kommt es vor allem als Lösungs- und Reinigungsmittel zum Einsatz. In bestimmten Anwendungen, wo besondere Anforderungen an die Reinheit des Wassers gestellt werden,
wird Reinstwasser verwendet. Bei der Wasserenthärtung über Ionenaustauscher werden schwer lösliche Erdalkalikathionen gegen gut lösliche H+-Ionen ausgetauscht. Bei der Vollentsalzung werden zusätzlich die Anionen gegen Hydroxid-Ionen ausgetauscht.
Reinstwasser
Reinstwasser beinhaltet so gut wie keine Inhaltsstoffe und besitzt einen höheren Reinheitsgrad als VE-Wasser. Es wird teilweise aus einer Kombination aus Umkehrosmose, UV-Entkeimung, Sterilfiltration, Entgasungsverfahren, Ionentauscher und Photooxidation gewonnen. Eingesetzt wird es in der Forschung, der chemischen Analytik, bei der Herstellung von Injektionsflüssigkeiten und Computerchips.
Arten des schweren Wassers
Neben dem "normalen" Wasser gibt es noch halbschweres Wasser (HDO), schweres Wasser (D2O) und überschweres Wasser (DTO, T2O). Bei diesen Wassern sind die normalen Wasserstoffisotope (Protium, 1H) teilweise oder komplett durch die schweren IsotopeDeuterium (D, 2H) und Tritium (T, 3H) ersetzt. Halbschweres Wasser kommt in der Natur öfter vor als schweres Wasser, denn auf ein Deuteriumatom kommen 7000 Wasserstoffatome. Überschweres Wasser ist aufgrund der radioaktiven Strahlung des Tritiums krebserregend und hat eine Halbwertszeit von 12,3 Jahren, einen Siedepunkt von 101,5°C und schmilzt bei 4,48°C. Schwere Wasser unterscheiden sich von normalem Wasser durch die höhere molare Masse, eine höhere Dichte, und höhere Schmelz- und Siedepunkte als normales Wasser. So wird auch bei chemischen Reaktionen die Lage des chemischen Gleichgewichts verändert. Daher ist von schweren Wassern als Nahrungsmittel abzuraten.
Gewinnung von schwerem Wasser
Schweres Wasser kommt in geringem Maße auch in leichtem Wasser vor und wird daher auch daraus gewonnen. Bei der Wasser-Elektrolyse wird herkömmliches Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten, während schweres Wasser eher unzersetzt bleibt.
Ein energetisch günstigeres Verfahren ist die Destillation von Ammoniak oder Schwefelwasserstoff.
Eigenschaften des schweren Wassers
Schmelzpunkt 3,82°C
Siedepunkt 101,42°C
maximale Dichte 1,1072 g/cm3
maximale Dichte bei 11,2°C
pKw-Wert 14,869
Schweres Wasser ist ein deutlich schlechteres Lösungsmittel und reaktionsträger als leichtes Wasser.
Schweres Wasser wirkt leicht giftig, da es zur Dissoziation mehr Energie benötigt und biochemische Reaktionen verlangsamt. Schon eine Ersetzung von 50% des Trinkwassers durch schweres Wasser hatte bei Mäusen fatale Folgen. Die Zellteilung wurde unterdrückt, wodurch die
Magenwände in Mitleidenschaft gezogen wurden. Durch eine längerfristige Einnahme von schwerem Wasser könnten
Krebstumore gestoppt werden, jedoch würde diese Therapie mehr schaden als heilen.
Verwendung von schwerem Wasser
Schweres Wasser wird in Kernkraftwerken als Moderator eingesetzt, da es bei gleichstarker Moderationswirkung weniger Neutronen als leichtes Wasser absorbiert. Dadurch muss das Uran (238U) nicht, wie es bei
Leichtwasserreaktoren notwendig wäre, mit dem selteneren Isotop 235U angereichert werden. Dass schweres Wasser als Moderator wirkt, heißt, das Neutronen, die Urankerne spalten sollen, um nicht abzuprallen, von schwerem Wasser abgebremst werden. In der NMR-Spektroskopie wird schweres Wasser für Messungen von wasserlöslichen Verbindungen verwendet, besonders bei Eiweißen und Nukleinsäuren für deren Strukturaufklärung.
Zudem lassen sich auch aus schwerem Wasser deuterierte Verbindungen synthetisieren.
Niedrige Organismen können selbst in schwerem Wasser überleben, da diese alle Wasserstoffe durch Deuterium ersetzt haben. So lassen sich aus diesen Organismen hochkomplexe Naturstoffe isolieren. Der englische Spielfilm "Kennwort: Schweres Wasser" handelt von einem Forschungsreaktor in einem norwegischen Geheimlabor.
Auch in der Serie "Ein Käfig voller Helden" handelt eine Folge davon, dass Kriegsgefangene einen Transport von schwerem Wasser verhindern.
Wasserchemie
In der Wasserchemie spielen die Eigenschaften und Inhaltsstoffe von Wasser aus diversen Gewässern, und die dort stattfindenden chemischen Reaktionen, sowie die durch Wasser initiierten Reaktionen, in Bezug auf die Herkunft des Wassers und des Wassertyps, eine Rolle. Wasser ist ein vielseitiges Lösungsmittel.
Dadurch, dass sich Ionenverbindungen, hydrophile Gase,
hydrophile organische Verbindungen und sogar Spuren von eigentlich wasserunlöslichen Substanzen in Wasser lösen, kommt es in der Natur nie im Reinzustand vor. Die Wasserwissenschaft, oder Hydrologie, beschäftigt sich mit der Verteilung und den Eigenschaften von Wasser.
Wasseranalyse
Wasseranalyse ist ein Sammelbegriff für verschiedenste
Nachweismethoden für Verunreinigungen in Wasser.
Oberflächengewässer, Trink-, Grund- und Abwasserwerden nach bestimmten Verfahren routinemäßig untersucht. In erster Linie dienen Wasseruntersuchungen dem Schutz vor gesundheitlichen Belastungen und Umweltschäden. Es gibt bakteriologische, virologische, biologische, physikalische und chemische Wasseruntersuchungen.
und nun heißt's: seit nett zu euren kindrn, sie suchen euer altersheim aus.... ^^
Was ist Wasser?
Wasser ist eine klare, geruchs- und geschmackslose Flüssigke
Es ist eine Verbindung aus den Elementen Sauerstoff (O2) Wasserstoff (H2).
Die Bezeichnung "Wasser" bezieht sich meist auf Wasser
Flüssigkeit, da es als Feststoff umgangssprachlich als "Eis" und
der gasförmigen Phase als "Dampf" bezeichnet wird.
Das Wort "Wasser" stammt vom indogermanischen wadar ab
(ca. 3000 v.Chr.). Wasser leitet sich auch von dem altgriechisc
hydror, und vom althochdeutschen wazzar (das Feuchte,
Flüssige) ab.
Trivialnamen für Wasser sind unter anderem:
? Wasserstoffoxid (es existieren jedoch mehrere Oxide Wasserstoffs)
? Diwasserstoffmonoxid
? Wasserstoffhydroxid
? Hydrogeniumoxid
? etc.
Synthetisierung von Wasser
Im 18. Jahrhundert wurde Wasser das erste mal durch Henry Cavendish per Knallgasreaktion hergestellt, indem er ein Gemisch aus Sauerstoff und Wasserstoff zur Explosion brachte. So benutzt man "Knallgas" auch als Raketentreibstoff.
Nachweis
Weißes Kupfersulfat wird durch Wasser hellblau gefärbt, und blaues
Cobalt(II)-chloridpapier rot.
Dihydrogenmonoxid ? Ein wissenschaftlicher Scherz
Es ist ein chemisch korrekter Name für Wasser, nur dass dieser weitaus fachsprachlicher klingt. Dieser Name entstand als Karikatur der Ängste der Bevölkerung vor Chemikalien. Das Scherzhafte daran ist, dass "Chemie" im allgemeinen als ungesund bis giftig, künstlich, risikoreich angesehen wurde. Letzten Endes wurde auch die Öko-Bewegung in Frage
gestellt, da meist nur über schädliche Nebeneffekte chemischer Stoffe berichtet wurde, die breite Masse jedoch nichts über die eigentlichen Zusammenhänge einer Gefährdung wusste.
Ursprung des Scherzes
Anfang der 1980er Jahre kamen österreichische Gymnasiasten aus Chemie-Leistungskursen auf die Idee, mit Hilfe von Unterschriftensammlungen von Eltern und Lehrern, dem Schulhausmeister zu verbieten, Pflanzen mit "DHMO" zu behandeln.
1989 waren auf der Universität von Kalifornien in Santa Cruz DHMO-Warnungen als Flugblätter im Umlauf. Seit 1994 werden solche Warnungen im Internet aufbereitet.
Gefahren von Dihydrogenmonoxid
? Als Hydroxylsäure, Hauptbestandteil von saurem Regen
? Beitrag zu Bodenerosion und Treibhauseffekt
? Beschleunigt Korrosion
? Einatmen kann zum Tode führen
? In Krebszellen entdeckt
? Süchtige sterben bei Entzug nach spätestens 160 Stunden
? Längerer Kontakt führt im festen und gasförmigen Zustand zu Gewebeschäden
Ungeachtet dessen wird es weiterhin Lebensmitteln und der Umwelt zugeführt.
Eigenschaften
Trotz seiner geringen molaren Masse liegt Wasser unter Normalbedingungen als Flüssigkeit vor. Dies ist jedoch nicht die einzige besondere Eigenschaft von Wasser.
Physikalische Eigenschaften
Molare Masse 18,02 g/mol
Siedepunkt 100°C
Schmelzpunkt 0°C
Dichte (20°C) 0,9982 g/cm3
maximale Dichte (0,9999 g/mL) bei 3,98°C
Brechungsindex 1,333
spez. Wärmekapazität 4,186 kJ/kg*K
Schmelzwärme 334 kJ/kg
Verdampfungswärme 2260 kJ/kg
Chemische Eigenschaften
molare Bildungsenthalpie (l) -286,17 kJ/mol
molare Bildungsenthalpie (g) -242 kJ/kg
Reaktivität
Wasser ist ein Ampholyt, d.h., es kann sowohl als Base (OH-) als auch als Säure (H3O+) reagieren. Theoretisch hat es einen pH-Wert von 7, jedoch liegt dieser in der Praxis zwischen 5 und 7, da nach einiger Zeit Bestandteile der Luft in Wasser gelöst werden, die den pH-Wert verändern.
Nivellierender Effekt
Da sehr starke Basen und Säuren in Wasser vollständig dissoziieren, lassen sich zwischen ihnen keine unterschiede im pH-Wert feststellen. Dies liegt am gleichmachenden Effekt des Wassers. Um die Säurestärke
sehr starker Säuren festzustellen, werden die Säurekonstanten in nichtwässrigen Lösungsmitteln bestimmt und annähernd auf das wässrige System übertragen.
Anomalie des Wassers
Bei abgekühlten Flüssigkeiten nimmt die Dichte bis zum Gefrieren hin zu, Wasser bildet jedoch eine Ausnahme.
Wasser ist die einzige Flüssigkeit, deren höchste Dichte über dem Gefrierpunkt liegt. Der Punkt mit der höchsten Dichte liegt bei 3,8°C, der Gefrierpunkt bei 0°C, d.h. dass Wasser sich beim Gefrieren ausdehnt und Eis aufgrund der geringeren Dichte auf Wasser schwimmt. Zudem kommt Wasser in der Natur als einzige Substanz in allen drei
Aggregatzuständen vor.
Kritischer Punkt
Der kritische Punkt eines Stoffes ist der Druck und die Temperatur, in der die flüssige und die gasförmige Phase gleiche Dichten besitzen, so dass an diesem Punkt kein Unterschied zwischen den beiden Aggregatzuständen festzustellen ist. Bei Wasser liegt dieser Punkt bei 374,15°C und 22,1Mpa.
Tripelpunkt
Der Tripelpunkt ist ein "Dreiphasenpunkt", d.h. dass Wasser unter bestimmten Bedingungen in drei Aggregatzuständen gleichzeitig vorkommt, ohne dass sich die Mengenverhältnisse der drei Phasen ändern. Bei Wasser sind diese Bedingungen bei 0,01°C und 611,66Pa
Das Wassermolekül
Da Wasser aus den Nichtmetallen Wasserstoff und Sauerstoff besteht, liegt es in Form von Molekülen vor.
Durch seine Polarität - das Wassermolekül ist ein Dipol - besitzt es besondere Eigenschaften:
? Eis schwimmt in Wasser von 4°C
? Mit 4,18 kJ/mol*K hat es die größte Wärmekapazität
? Eine geringe Wärmeleitfähigkeit
? Die zweitgrößte Oberflächenspannung ? nach Quecksilber
Das Molekül besteht aus zwei Wasserstoffatomen, welche an einem Sauerstoffatom gebunden sind. Durch die höhere Elektronegativität des Sauerstoffs gegenüber den Wasserstoffen, und der dreieckigen Geometrie besitzt das Wassermolekül auf der Seite des Sauerstoffs einen
negativen Pol, auf der Seite der beiden Wasserstoffatome einen positiven Pol. Das Wassermolekül ist so gewinkelt, dass die zwei Elektronenpaare des Sauerstoffs in die Ecken eines fiktiven Tetraeders gerichtet sind. Der Winkel zwischen den beiden Wasserstoffen beträgt 104,45° und weicht so vom idealen Tetraederwinkel ab. Je nachdem, welche Wasserstoffisotope an den Sauerstoff gebunden sind, unterscheidet man normales, halbschweres, schweres und
überschweres Wasser. So unterscheiden sich diese Wasserarten auch in ihrer molaren Masse.
Wasserstoffbrücken
Die Dichteanomalie des Wassers wird durch Wechselwirkungen der einzelnen Moleküle über Wasserstoffbrücken verursacht. Diese zwischenmolekularen Anziehungskräfte wirken nicht dauerhaft, die Verkettungen bleiben nur für Sekunden-Bruchteile bestehen. Danach lösen sich die Ketten und verknüpfen sich erneut. Dadurch, dass der Wasserstoff im Wassermolekül einen positiven Pol bildet, und der Sauerstoff einen negativen Pol, kann man sich vorstellen, dass sich die Wasserstoffatome an den Sauerstoffatomen "anlagern". Durch die Bildung von Wasserstoffbrücken liegt Wasser, trotz seiner geringen molaren Masse, unter Normalbedingungen als Flüssigkeit vor.
Vorkommen
Wasser bedeckt 71% der Erdoberfläche, so dass der größte Teil der Erdoberfläche mit Wasser bedeckt ist. Das Wasservorkommen auf der Erde beläuft sich auf 1,386 Mrd. km3, jedoch sind davon 96,5% maritimes Salzwasser. Von den restlichen 24,4 Mio. km3 sind jedoch 1,77% als Pol- oder Gletschereis gefroren. Dadurch, dass Trinkwasser nur einen geringen Teil des flüssigen Süßwassers ausmacht, und angesichts der hohen "Nachfrage" an Trinkwasser wird dieses umso kostbarer.
Oberflächengewässer
Oberflächengewässer sind Wasserflächen auf der Erdoberfläche. Dazu zählen Steh- und Fließ-Gewässer, wie Flüsse, Seen, Kanäle, Stauseen, Meere, Bäche, Sickerwasser. Oberflächengewässer sind ein Gemisch aus Wasser verschiedenster Herkunft und Zusammensetzung. Alle
Oberflächengewässer beinhalten Mikroorganismen und (in geringem Maße) Schwermetalle. Die Wasserqualität wird in Güteklassen ausgedrückt. Sie entstehen großteils durch Verdunstung, Kondensation und Niederschlag von Meerwasser.
Herkunft des Wassers
Die Herkunft des Wassers, sowie der Grund des hohen Vorkommens auf der Erde sind bisher nicht ausreichend geklärt. Ein Teil gelangte zweifellos durch Ausgasen von Magma in die Atmosphäre, also stammte es aus dem Erdinneren. Zudem ist Wasserstoff das häufigste Element im
Universum, und Sauerstoff kommt als Oxide in riesigen Mengen vor.
Wasser außerhalb der Erde
Auch außerhalb der Erde kommt Wasser in gigantischen Mengen vor, nur "dünn verteilt". Zum Beispiel als Eis auf Meteoriten und in Kratern auf Planeten und Monden in unserem Sonnensystem.
Wasserarten
Wasser ist nicht gleich Wasser. Durch unterschiedliche Herkünfte und somit auch verschiedener Inhaltsstoffe lassen sich Wassersorten unterscheiden. Zudem kann Wasser auch aus verschiedenen Isotopen des Wasserstoffs bestehen.
Kristallwasser / Hydratwasser
Kristall- oder Hydratwasser ist in kristallinen Festkörpern wie Salzen oder Proteinkristallen gebunden. Kristallwasserhaltige Substanzen werden auch Hydrate genannt. So gibt es kristallwasserfreies Natriumsulfat-Anhydrat und das Dekahydrat (Na2SO4x10H2O) mit 10
Wassermolekülen pro Molekül Na2SO4.
Die Wassermoleküle können koordinativ an Ionen gebunden sein, sich über Wasserstoffbrücken an Moleküle Anlagern, oder wie bei Zeolithen nicht am Kristallgitter beteiligt sein, jedoch ist die häufigste Form In Proteinkristallen sind die Bindungsverhältnisse am vielfältigsten. Meist ist das Kristallwasser nur locker gebunden und verdampft bei
starker Erwärmung. Dies ist eine Form des Recyclings von Gips. Andere Substanzen können sich so im eigenen Hydratwasser lösen. Kristallwasserfreie Salze, so genannte Anhydrate, werden durch ihre stark hygroskopische Wirkung als Trocknungsmittel für Gase und
organische Lösungsmittel eingesetzt. Bei der Einbindung des Kristallwassers wird Hydratationswärme frei.
Abgrenzung von Gashydraten
Gashydrate sind im eigentlichen keine Hydrate, da die Gase in den Struktur-Hohlräumen kristallinen Wassers eingelagert sind, und sich das Wasser nicht an den Gasmolekülen anlagert. Die Wassermoleküle erzeugen selbst eine Kristallstruktur, in denen die Gasmoleküle wie in
einem Käfig gefangen sind. Durch Schmelzen der Käfigstruktur des Wassers lassen sich die Gase wieder freisetzen.
Vollentsalztes Wasser
Deionisiertes, demineralisiertes, destilliertes oder vollentsalztes Wasser enthält gegenüber anderen Wasserarten keine Fremdionen und somit besitzt es eine extrem schlechte Leitfähigkeit. Theoretisch würden Elektrogeräte sogar noch unter Wasser funktionieren und keinen Schaden nehmen.
In der Regel wird es durch Ionenaustausch aus Leitungswasser gewonnen. Im Gegensatz zu destilliertem Wasser enthält es wesentlich mehr organische Verunreinigungen und Keime. In der Chemie und der Biologie kommt es vor allem als Lösungs- und Reinigungsmittel zum Einsatz. In bestimmten Anwendungen, wo besondere Anforderungen an die Reinheit des Wassers gestellt werden,
wird Reinstwasser verwendet. Bei der Wasserenthärtung über Ionenaustauscher werden schwer lösliche Erdalkalikathionen gegen gut lösliche H+-Ionen ausgetauscht. Bei der Vollentsalzung werden zusätzlich die Anionen gegen Hydroxid-Ionen ausgetauscht.
Reinstwasser
Reinstwasser beinhaltet so gut wie keine Inhaltsstoffe und besitzt einen höheren Reinheitsgrad als VE-Wasser. Es wird teilweise aus einer Kombination aus Umkehrosmose, UV-Entkeimung, Sterilfiltration, Entgasungsverfahren, Ionentauscher und Photooxidation gewonnen. Eingesetzt wird es in der Forschung, der chemischen Analytik, bei der Herstellung von Injektionsflüssigkeiten und Computerchips.
Arten des schweren Wassers
Neben dem "normalen" Wasser gibt es noch halbschweres Wasser (HDO), schweres Wasser (D2O) und überschweres Wasser (DTO, T2O). Bei diesen Wassern sind die normalen Wasserstoffisotope (Protium, 1H) teilweise oder komplett durch die schweren IsotopeDeuterium (D, 2H) und Tritium (T, 3H) ersetzt. Halbschweres Wasser kommt in der Natur öfter vor als schweres Wasser, denn auf ein Deuteriumatom kommen 7000 Wasserstoffatome. Überschweres Wasser ist aufgrund der radioaktiven Strahlung des Tritiums krebserregend und hat eine Halbwertszeit von 12,3 Jahren, einen Siedepunkt von 101,5°C und schmilzt bei 4,48°C. Schwere Wasser unterscheiden sich von normalem Wasser durch die höhere molare Masse, eine höhere Dichte, und höhere Schmelz- und Siedepunkte als normales Wasser. So wird auch bei chemischen Reaktionen die Lage des chemischen Gleichgewichts verändert. Daher ist von schweren Wassern als Nahrungsmittel abzuraten.
Gewinnung von schwerem Wasser
Schweres Wasser kommt in geringem Maße auch in leichtem Wasser vor und wird daher auch daraus gewonnen. Bei der Wasser-Elektrolyse wird herkömmliches Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten, während schweres Wasser eher unzersetzt bleibt.
Ein energetisch günstigeres Verfahren ist die Destillation von Ammoniak oder Schwefelwasserstoff.
Eigenschaften des schweren Wassers
Schmelzpunkt 3,82°C
Siedepunkt 101,42°C
maximale Dichte 1,1072 g/cm3
maximale Dichte bei 11,2°C
pKw-Wert 14,869
Schweres Wasser ist ein deutlich schlechteres Lösungsmittel und reaktionsträger als leichtes Wasser.
Schweres Wasser wirkt leicht giftig, da es zur Dissoziation mehr Energie benötigt und biochemische Reaktionen verlangsamt. Schon eine Ersetzung von 50% des Trinkwassers durch schweres Wasser hatte bei Mäusen fatale Folgen. Die Zellteilung wurde unterdrückt, wodurch die
Magenwände in Mitleidenschaft gezogen wurden. Durch eine längerfristige Einnahme von schwerem Wasser könnten
Krebstumore gestoppt werden, jedoch würde diese Therapie mehr schaden als heilen.
Verwendung von schwerem Wasser
Schweres Wasser wird in Kernkraftwerken als Moderator eingesetzt, da es bei gleichstarker Moderationswirkung weniger Neutronen als leichtes Wasser absorbiert. Dadurch muss das Uran (238U) nicht, wie es bei
Leichtwasserreaktoren notwendig wäre, mit dem selteneren Isotop 235U angereichert werden. Dass schweres Wasser als Moderator wirkt, heißt, das Neutronen, die Urankerne spalten sollen, um nicht abzuprallen, von schwerem Wasser abgebremst werden. In der NMR-Spektroskopie wird schweres Wasser für Messungen von wasserlöslichen Verbindungen verwendet, besonders bei Eiweißen und Nukleinsäuren für deren Strukturaufklärung.
Zudem lassen sich auch aus schwerem Wasser deuterierte Verbindungen synthetisieren.
Niedrige Organismen können selbst in schwerem Wasser überleben, da diese alle Wasserstoffe durch Deuterium ersetzt haben. So lassen sich aus diesen Organismen hochkomplexe Naturstoffe isolieren. Der englische Spielfilm "Kennwort: Schweres Wasser" handelt von einem Forschungsreaktor in einem norwegischen Geheimlabor.
Auch in der Serie "Ein Käfig voller Helden" handelt eine Folge davon, dass Kriegsgefangene einen Transport von schwerem Wasser verhindern.
Wasserchemie
In der Wasserchemie spielen die Eigenschaften und Inhaltsstoffe von Wasser aus diversen Gewässern, und die dort stattfindenden chemischen Reaktionen, sowie die durch Wasser initiierten Reaktionen, in Bezug auf die Herkunft des Wassers und des Wassertyps, eine Rolle. Wasser ist ein vielseitiges Lösungsmittel.
Dadurch, dass sich Ionenverbindungen, hydrophile Gase,
hydrophile organische Verbindungen und sogar Spuren von eigentlich wasserunlöslichen Substanzen in Wasser lösen, kommt es in der Natur nie im Reinzustand vor. Die Wasserwissenschaft, oder Hydrologie, beschäftigt sich mit der Verteilung und den Eigenschaften von Wasser.
Wasseranalyse
Wasseranalyse ist ein Sammelbegriff für verschiedenste
Nachweismethoden für Verunreinigungen in Wasser.
Oberflächengewässer, Trink-, Grund- und Abwasserwerden nach bestimmten Verfahren routinemäßig untersucht. In erster Linie dienen Wasseruntersuchungen dem Schutz vor gesundheitlichen Belastungen und Umweltschäden. Es gibt bakteriologische, virologische, biologische, physikalische und chemische Wasseruntersuchungen.
und nun heißt's: seit nett zu euren kindrn, sie suchen euer altersheim aus.... ^^
