FAQ Chemie des Wassers 2

Wie sind Wassermoleküle aneinander gebunden?

Wasserstoffatome tragen eine relativ starke positive elektropositive Partialladung, wenn sie an ein relativ stark elektronegatives Element wie zum Beispiel Sauerstoff (Elektronegativität 3,44) gebunden sind. Durch diese elektropositive Ladung zieht der Wasserstoff benachbarte elektronegative Atome an. Im Wasser lagern sich daher Wasserstoffatome an die Sauerstoffatome benachbarter Moleküle an. Als Wasserstoffbrückenbindungen werden die Bindungen bezeichnet, die von den Wasserstoffatomen zwischen zwei Atomen elektronegativer Elemente bewirkt werden. Diese Wasserstoffbrückenbindungen treten ebenso bei den Elementen Fluor (EN 3,98) und Stickstoff (En 3,04) auf, die ebenso einen stark elektronegativen Charakter besitzen.

In diesem Bild ist dargestellt, wie Wasser mit Wasserstoffbrückenbindungen aufgebaut ist.


Wasserstoffbrückenbindungen

Wie verdampft Wasser?

Um Wasser zu verdampfen muss Energie, z.B. in Form von Wärmeenergie, zugeführt werden. Die Wassermoleküle im Wasser absorbieren diese Energie. Auf diese Energie ist zurückzuführen, dass die Wasserstoffbrückenbindungen aufbrechen. Die Moleküle befinden sich nun im gasförmigen Zustand, der als Wasserdampf bezeichnet wird. Der Phasenwechsel Wasser (flüssig) - Wasserdampf wird als Verdampfung bezeichnet.


Wie sind die thermischen Eigenschaften von Wasser?

Thermische Eigenschaften einer Flüssigkeit sind Eigenschaften, die mit Wärmetransport in der Flüssigkeit zu tun haben. Die zur Erwärmung eines Körpers notwendige Wärmemenge ist die Temperaturdifferenz und der Masse des Körpers. Der Proportionalitätsfaktor wird als spezifische Wärmemenge bezeichnet. Die zu Erwärmung eines Körpers notwendige Wärmemenge bestimmt sich also folgenderweise:

Q=c*m*DT

wobei:

Q Wärmemenge

c spezifische Wärmemenge

m Masse des Körpers

DT Temperaturdifferenz, die durch die Wärmemenge erzeugt wird

Die spezifische Wärmemenge von Wasser beträgt bei 0 ^oC (fester Zustand (Eis)) 2,1 kJ/(kg*K) und bei 20 ^oC (flüssiger Zustand) 4,182 kJ/(kg*K).

Im gasförmigen Zustand eines Stoffes, also z.B. bei Wasserdampf (ab 100 ^oC), wird zwischen zwei spezifischen Wärmekapazitäten unterschieden:

Bei der spezifischen Wärmekapazität c_v wird die Temperatur und der Druck bei gleichbleibendem Volumen verändert.

Bei der spezifischen Wärmekapazität c_p wird die Temperatur und das Volumen bei gleichbleibendem Druck verändert.

Eine Beziehung zwischen c_p und c_v kann man über die so genannte Gaskonstante R herstellen:

R=c_p-c_v.

Wie bestimmt sich die Löslichkeit von Gasen in Wasser?

Diese bestimmt sich über das so genannte Gesetz von Henry. Es besagt, dass die Löslichkeit eines Gases in einer Flüssigkeit wie z.B. Wasser proportional zum Partialdruck p über der Lösung ist. Für kleinere Drücke (bis p=5 bar) definiert sich der sog. Molanteil x des Gases zu:

x=p/H ;

wobei H die Henry-Konstante ist. Diese ist stark Temperaturabhägig. Wenn jedoch die löslichen Gase mit der Flüssigkeit chemisch reagieren, gilt das Henrysche Gesetz nur annäherungsweise. Dies ist zum Beispiel bei der Lösung von Kohlendioxid in Wasser der Fall (Bildung von Kohlensäure).

Wie bestimmen wir die Löslichkeit von Flüssigkeiten in Wasser?

Wassermoleküle sind polar und darum bestimmt sich die Löslichkeit von Flüssigkeiten in Wasser über ihre Polarität. Polare Substanzen enthalten oftmals OH^-, SH^- and NH₂^- Gruppen. Je mehr dieser Gruppen in der Substanz enthalten ist, desto besser ist die Löslichkeit der Substanz in Wasser. Dies ist darin begründet, dass diese Substanzen Wasserstoffbrückenbindungen, die sehr stabil sind, eingehen können.

Was ist Oxidation und Reduktion?

Wasser kann an Oxidations- und Reduktionsreaktionen teilnehmen. Wasser kann der Elektronengeber ("Donor") sein, dann wird Wasser als das Reduktionsmittel bezeichnet. Eine Reaktion, bei der Elektronen abgegeben werden, wird als Oxidation bezeichnet. Der Elektronenakzeptor wird als Oxidationsmittel bezeichnet. Normalerweise wird bei so einer Reaktion Sauerstoff frei. Wasser kann ebenfalls als Oxidationsmittel wirken. Eine Reaktion, bei der Elektronen aufgenommen werden, wird als Reduktion bezeichnet.

Ein Beispiel hierfür ist die Redoxreaktion von Kupfer (Cu) und Zink (Zn):
Cu²⁺(aq) + Zn(s) -> Zn²⁺(aq) + Cu(s)

Diese Reaktion kann in folgende Teilschritte aufgeteilt werden, wo die Elektronenaufnahme und Elektronenabgabe zu erkennen ist:

Zn(s) -> Zn²⁺ + 2e^- (Oxidation)
Cu²⁺(aq) + 2e^- -> Cu(s) (Reduktion)

In dieser Reaktion ist Zink der Elektronendonator- also das Reduktionsmittel. Kupfer ist das Oxidationsmittel- also der Elektronenakzeptor.

Um unklare Begriffe zu klären benutzen Sie bitte unser Wasser-Lexikon.

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