Fysische en chemische eigenschappen van water

De fysische en chemische eigenschappen van water

De eigenschappen van water: algemeenheden en curiositeiten
De eigenschappen van water: isotopen en moleculaire structuur

Historique

Water werd door de Ouden beschouwd als een van de 4 fundamentele elementen: de wereld bestond uit een mengsel van deze 4 essentiële principes in verschillende verhoudingen. Het werd tot de 1774e eeuw als een eenvoudig lichaam beschouwd. Toen ontdekten verschillende scheikundigen dat water geen eenvoudig lichaam was door de synthese en vervolgens de analyse uit te voeren. Laten we de voorlopers noemen: Priestley die water produceerde uit de verbranding van waterstof (1783), Watts (1783) die de hypothese stelde dat water geen eenvoudig lichaam was, Monge die zich realiseerde dat synthese onder invloed van een elektrische vonk uit een mengsel van zuurstof en waterstof. Maar het beslissende synthese-experiment was dat van Lavoisier en Laplace (1800) die water synthetiseerden uit waterstof en zuurstof in een gedenkwaardig openbaar experiment. De ontleding van water vond later plaats, na de ontdekking van de elektrische cel door Volta in 2. De elektrolyse van water maakte het mogelijk om de respectievelijke verhouding tussen zuurstof en waterstof te meten om uiteindelijk te komen tot de bekende chemische formule H1800O. De eerste praktische (en spectaculaire) elektrolyse werd in 1803 in Parijs uitgevoerd door Robertson; de chemische formule werd verduidelijkt door het theoretische werk van Dalton (1811) en Avogadro (XNUMX).

Fysieke eigenschappen van water

Water heeft heel bijzondere fysische eigenschappen in vergelijking met andere vloeistoffen. Het lijkt een "gestructureerde" vloeistof, en niet wanordelijk zoals andere vloeistoffen, door het feit dat de elementaire bestanddelen ervan zijn geassocieerd.

De eigenschappen van water dienen als referentie voor de internationale standaardisatie van numerieke schalen: temperatuur, dichtheid, massa, viscositeit, soortelijke warmte. De soortelijke warmte is uitzonderlijk hoog (18 mol calorieën per graad), dit verklaart de grote thermische traagheid van water en zijn rol bij het reguleren van de temperatuur van het aardoppervlak. De oceanen slaan een enorme hoeveelheid warmte op die het herverdeelt door zeestromingen; verdamping van water absorbeert energie in het aquatisch milieu en verlaagt de temperatuur; de condensatie van damp tot druppeltjes in wolken geeft deze warmte af aan de atmosfeer. De watermassa's op het aardoppervlak zijn echte thermische vliegwielen voor klimaten.

Lees ook:  Downloaden: opslag en productie van energie uit het menselijk lichaam.

De dichtheid van water is afhankelijk van de temperatuur; het neemt toe als de temperatuur daalt, maar de maximale dichtheid is bij 4 ° C (0,997 g / cm3) en niet bij 0 ° zoals je zou verwachten. Zo bevriezen zeeën en meren vanaf het oppervlak en niet vanaf de bodem waar het dichtste water zich ophoopt door stratificatie. Water in vaste toestand is lichter dan vloeibaar water (dichtheid van ijs: 0,920 g / cm3).

De viscositeit van water hangt af van de isotopensamenstelling: zwaar water is 30% stroperiger dan gewoon water. De viscositeit neemt eerst af met de druk en neemt daarna toe.

De isotherme samendrukbaarheidscoëfficiënt van water is klein (4,9 10-5 per bar) en als eerste benadering kunnen we water als onsamendrukbaar beschouwen. Niettemin werken de grote atmosferische depressies in op de zeespiegel die tijdens storm stijgt. De oppervlaktespanning is hoog: water is een goed bevochtigingsmiddel (72 dyne / cm); het dringt zichzelf binnen en dringt door in alle tussenruimten en poriën van gesteenten alsook in bodems door capillaire verschijnselen. Deze eigenschap is fundamenteel voor de opslag van water in watervoerende lagen, voor oppervlakte-erosie van gesteenten (barsten onder invloed van vorst: de waterijsdoorgang ontwikkelt een druk tot 207 KPa). De hoge oppervlaktespanning verklaart ook de bolvorm van de waterdruppels.

De fysieke toestand van water hangt af van temperatuur en druk. De vloeistof-gasdoorgang wordt conventioneel gedaan bij 100 ° C en normale druk, maar bij 72 ° C alleen op de top van Everest (8 m). De smelttemperatuur van het ijs neemt af met de druk: onder invloed van druk wordt het ijs weer vloeibaar: zo glijden de schaatsers daadwerkelijk over een dunne film van vloeibaar water gevormd onder invloed van de druk van de schaats . Het tripelpunt van water is 848 ° C onder 0,01 mbar.

Lees ook:  de tardigrade

Water kan onder het smeltpunt van ijs vloeibaar blijven: dit fenomeen van onderkoeling kan worden gehandhaafd tot een temperatuur van -40 ° C. Dit wordt verklaard door de afwezigheid van zaden om vaste kristallisatie op gang te brengen. In de natuur wordt de kiem geleverd door een veel voorkomende bacterie, Pseudomonas syringae. De genetische manipulatie van deze bacterie maakt het mogelijk om ofwel het bevriezen van fruitbomen te vertragen, ofwel de vorst te versnellen om gemakkelijker kunstsneeuw te maken.

Ten slotte is water een uitstekend oplosmiddel dat dient als drager voor de meeste ionen op het aardoppervlak.

Chemische eigenschappen van water

Water is een uitstekend oplosmiddel dat een groot aantal zouten, gassen en organische moleculen oplost. De chemische reacties van het leven vinden plaats in een waterig medium; organismen zijn zeer rijk aan water (tot meer dan 90%). Het werd lang beschouwd als een neutraal oplosmiddel dat weinig of niet tussenkomt in chemische reacties. De verdunning in water maakte het vooral mogelijk om de activiteit van de reagentia te vertragen. In feite is water een zeer agressieve chemische stof die de wanden van de container waarin het zich bevindt, kan aantasten: in een glazen fles passeren siliciumionen het water. Zuiver water kan bestaan ​​vanuit regelgevend oogpunt, d.w.z. water zonder bacteriële en chemische verontreinigingen, maar het bestaat praktisch niet vanuit chemisch oogpunt: zelfs gedestilleerd water bevat sporen van ionen of organische moleculen uit leidingen en vaten.

Lees ook:  De moleculaire eigenschappen van water

Bij chemische reacties grijpt water eerst in door zijn dissociatie in H + -protonen, vaak geassocieerd met H2O om gehydrateerde protonen H3O + te vormen, en in OH-hydroxylionen. Het is de verhouding tussen deze 2 soorten ionen die de pH van de oplossing bepaalt (pH: logaritme van het omgekeerde van de molaire concentratie van H +). Veel metalen kunnen water afbreken, waarbij waterstof en een metaalhydroxide vrijkomen.

Het oplossen van ionen (zouten, zuren, basen) is een gevolg van de polaire aard van water. De ionenconcentratie van een zout kenmerkt het oplosbaarheidsproduct. Zouten hebben productwaarden met verschillende oplosbaarheid, wat het fenomeen van gefractioneerde kristallisatie tijdens de verdamping van een zoutoplossing verklaart.In kwelders zet zeewater eerst calciumcarbonaat af, calciumsulfaat, daarna natriumchloride en tenslotte zeer oplosbare zouten zoals kalium, jodiden en bromiden.

Een belangrijke eigenschap op het aardoppervlak is het oplossen van CO2 dat een zwak zuur produceert, koolzuur, dat verantwoordelijk is voor de chemische verwering van veel gesteenten, met name kalksteen. De hoeveelheid opgelost CO2 is een functie van druk en een omgekeerde functie van temperatuur. Calciumcarbonaat kan worden opgelost in de vorm van zuurcarbonaat en vervolgens opnieuw worden neergeslagen volgens variaties in temperatuur en druk, zoals in het geval van karstnetwerken.

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

Lees de eigenschappen van water: isotopen en moleculaire structuur

Laat een reactie achter

Uw e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Verplichte velden zijn gemarkeerd *