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Es ist flüssig! Es ist klar! Es riecht nicht! Man kann es trinken!
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Es ist flüssig!
Es ist klar!
Es riecht nicht!
Man kann es trinken!
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Wasser HWasser H22OO
Ein nicht allzu trockenes Thema!
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Übersicht1. Allgemeines und Historisches
2. Das Wassermolekül
3. Eigenschaften
4. Reaktionen von Wasser
5. Umwelt und Wasseraufbereitung
6. Schulrelevanz
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1. Allgemeines und Historisches
1.1 Vorkommen
Globale Wasservorräte: 1,38 Mrd. km3
• 97,4% Salzwasser• 2,6 % Süßwasser, einschließlich Eis in
Meeren und Gletschern)• 0,27% Trinkwasser: 3,6 Mio. km3
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1.2 Das „Element“ Wasser:
Annahme bis zu Beginn des 18.Jahrhunderts: Wasser eines der vier alten Elemente des
Mittelalters: (Luft, Erde, Feuer und Wasser)
1. Allgemeines und Historisches
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Wasser: alle Flüssigkeiten
Erde: alle Feststoffe (Metalle, Holz, Oxide, Salze)
Luft : alle Gase z.B.brennbare Luft (air inflammable) =
Wasserstoffatembare Luft (air respirable) = Sauerstoff
Feuer:Energie (freigewordene bzw. zugeführte Energie)
1. Allgemeines und Historisches
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1.3 Entlarvung der Verbindung Wasser
Cavendish, 1783: Bei Verbrennung der brennbaren Luft
entsteht Wasser.
Monges, Lavoisiers und Laplaces Idee: Wasser ist ein zusammengesetzter Körper (Verbindung) aus der air inflammable (H2-Gas) und der air respirable (O2-Gas).
1. Allgemeines und Historisches
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1.3 Entlarvung der Verbindung Wasser
Lavoisier, 1784 erkannte: Wasser ist ein Oxid.
1. Allgemeines und Historisches
Reaktionsgleichung: 0 +I -II +II/+III -II 0
3 Fe(s) + 4 H2O(g) Fe3O4 (s) + 4 H2 (g)
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V1: Zersetzung von Wasser
Reaktionsgleichung: 0 +I +II 0
Mg(s) + H2O(g) MgO(s) + H2(g)
1. Allgemeines und Historisches
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V2: Elektrolyse von WasserEigendissoziation des Wassers:H2O 2 H+
(aq) + OH-(aq)
Anode:4 OH-(aq) O2 (g) + 2 H2O + 4 e-
Kathode: 4 H+(aq) + 4 e- 2 H2 (g)
___________________________________________________________
4 H+(aq) + 4 OH-
(aq) 2 H2 (g) + O2 (g) + 2 H2O
2. Das Wassermolekül
Wasser besteht aus Wasserstoff und Sauerstoff im Verhältnis:
2:1
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V2a+b: Nachweis von H2 + O2
(a) Nachweis von Wasserstoff (Knallgasprobe):
0 0 +I -II
H2 (g) + ½ O2 (g) H2O (g)
H<0
(b) Nachweis von Sauerstoff (Glimmspanprobe):
0 0 +IV -II
C(s) + O2 (g) CO2 (g)
2. Das Wassermolekül
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2.1 Struktur des Wassermoleküls H2OO-Atom: sp3-hybrisiert daher Molekül gewinkeltErwartet: Winkel von 109,5°
(Tetraeder)Jedoch: Winkel von 104,45°
2. Das Wassermolekül
Laut VSEPR-Theorie:
freie Elektronenpaare des Sauerstoffs benötigen mehr Platz Verkleinerung des HOH-Winkels
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2.2 Wasser ist ein Dipol– unterschiedlich starke Anziehung der
bindenden Elektronen– beschreibt die Elektronegativität:
O: 3,5 H: 2,1• O: partiell negativ• H: partiell positiv
2. Das Wassermolekül
Dipol:„Moleküle, in denen die Ladungsschwerpunkte der positiven und negativen Partialladungen nicht zusammenfallen, stellen einen Dipol dar.“
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D1: Ablenkung eines Wasserstrahls2. Das Wassermolekül
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3. Eigenschaften3.1 Allgemeine Eigenschaften
– Schmelz- und Siedepunktsanomalie (0°C/100°C)
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Wasserstoffbrückenbindung
3. Eigenschaften
Energie: 21 kJ/mol
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Aggregatzustände
3. Eigenschaften
Struktur von Eis 1-Tridymit-Struktur
7 kristalline Phasen bekannt
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Oberflächenspannung
WasserstoffbrückenbindungenGrenzflächenaktive Substanzen(z.B. Tenside) können diese
herabsetzen.Die Klammer geht unter!
3. Eigenschaften
D2: Schwimmen einer Büroklammer
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3.2 Anomalie des WassersEis besitzt als Festkörper eine geringere Dichte als flüssiges Wasser.
Eis schwimmt auf Wasser. Eis dehnt sich aus. Sprengungen
3. Eigenschaften
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3.3 Löslichkeit von Salzen und Gasen3.3.1 Salze
3. Eigenschaften
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Lösen von CaCl2
Erwärmung der LösungBildung von Ca2+ und Cl-IonenHydratationsenergie größer als die Gitterenergie des Kristalls
3. Eigenschaften
V3: Lösen von Salzen
Lösen von NH4NO3 Abkühlung der LösungBildung von NH4
+ und NO3--Ionen
Hydratationsenergie niedriger,
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3. Eigenschaften
3.3.2 Gase
Demonstration 3:
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3. Eigenschaften
(a) Entionisiertes Wasser(b) Leitungswasser(c) Salz(d) Salzlösung
V4: Leitfähigkeitsmessung
NaCl(s) Na+ (aq) + Cl- (aq)
H2O
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3.4 Leitfähigkeit
Durch Elektrolyte, hier die gelösten IonenTräger des elektrischen Stroms: Ionen
– Kationen zur Kathode (negativ)– Anionen zur Anode (positiv)
3. Eigenschaften
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3.5 Wasser definiert den pH-Wert
Definition:pH = -log [c(H3O+)]
3. Eigenschaften
Wasser hat pH 7, d.h. c(H3O+) = 10-7 mol/L
Autoprotolyse des Wassers:2 H2O H3O+
(aq) + OH-(aq)
Durch Lösen von Salzen kann sich der pH-Wert ändern.
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3. Eigenschaften
(a) Lösen von NaHSO4
V5: pH-Wert
NaHSO4(s) Na+(aq) + HSO4
-(aq)
HSO4-(aq) + H2O SO4
2- (aq) + H3O+
(aq)Säure 1 Base 2 Base 1 Säure 2
sauer(b) Lösen von Na2CO3
Na2CO3(s) 2 Na+(aq) + CO3
2-(aq)
CO32-
(aq) + H2O HCO3-(aq) +OH-
(aq)Base 1 Säure 2 Säure 1 Base 2
alkalisch
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V6: ErkennungsreaktionWasserfreies weißes Kupfersulfat wird bei Anwesenheit von Wasser blau.
4 H2O koordinieren quadratisch-planar
Fünfte über H-Brücken an Sulfationen und Koordinationswasser gebunden.
100°C
-2H2O
130°C
-2H2O
250°C
-H2O[Cu(H2O)4]SO4·H2O CuSO4·3H2O CuSO4·H2O CuSO4
4. Reaktionen mit Wasser
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4. Reaktionen mit Wasser
Reaktionsgleichung: 0 +I +I 0
2 Na(s) + 2 H2O 2 Na+(aq) + 2 OH-
(aq) + H2 (g)
alkalisch
Phenolphthalein färbt sich violett
V7: Reaktion mit Natrium
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5. Umwelt und Wasseraufbereitung
5.1 Täglicher Verbrauch:In Deutschland seit 1980:Verbrauch im Haushalt pro Person täglich konstant etwa 145 Leinschließlich des industriellen Verbrauchs etwa 220 L pro Einwohner und Tag. Deckung:62% Grundwasser12 % Quellwasser 6% Uferfiltrat 20% Oberflächenwasser
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5.1 Täglicher Verbrauch:
Aufteilung des täglichen Trinkwasserverbrauchs in Deutschland pro Einwohner
Toilettenspülung 46 LBaden, Duschen 44 LWäschewaschen 17 LKörperpflege 9 LGeschirrspülen 9 LGarten bewässern 6 LAuto waschen 3 LKochen, Trinken 3 LSonstiges 8 L
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5.2 Wasseraufbereitung
Entfernung suspendierter TeilchenSiebung, Sedimentation, Flockung, Filtration
EntölungAktivkohlefilter
Entfernung unerwünschter IonenIonenaustauscher, Umkehrosmose
5. Umwelt und Wasseraufbereitung
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5.3 Energie aus Wasser und WasserstoffWalchensee-Kraftwerk
5. Umwelt und Wasseraufbereitung
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5.3 Energie aus Wasser und WasserstoffWasserstoffauto
5. Umwelt und Wasseraufbereitung
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6. SchulrelevanzKlasse 8
– 2.2 Wasser und Wasserstoff• Eigenschaften und Bedeutung des Wassers• Synthese von Wasser• Kreislauf des Wassers
Klasse 9– 3. Elektrolyse und Ionenbegriff
Klasse 10– 2.3 Wassermolekül als Dipol
• Flüssigkeitsstrahl im elektrischen Feld• Räumlicher Bau des Wassermoleküls• Wasser als Lösungsmittel für Salze • Wasserstoffbrückenbindungen