VESI - Peda.net · Vesi poikkeaa muista aineista myös siinä, että sen kiinteä olomuoto (jää)...
Transcript of VESI - Peda.net · Vesi poikkeaa muista aineista myös siinä, että sen kiinteä olomuoto (jää)...
30.8.2016
1
VESI KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2
Johdantoa: Vesi on elämälle välttämätöntä. Se on hyvä liuotin, energian ja ai-neiden siirtäjä, lämmönsäätelijä ja se muodostaa vetysidoksia, jotka tekevät siitä poikkeuksellisen verrattuna muihin happiryhmän alkuaineisiin. Elävän luonnon kemialliset reaktiot tapahtuvat pääosin veteen liuenneiden molekyylien ja ionien välillä. Tarkastellaan aluksi hieman veden kiertokulkua.
Veden ominaisuudet: Vesimolekyyli koostuu kahdesta vety ja yhdestä happiatomista, hapen ja vetyjen väliset sidokset ovat poolisia kovalentti-sia sidoksia. Näin ollen vesimolekyyli on dipoli. Vesi muodostaa vetysidoksia, jotka tekevät siitä erityislaatuisen.
30.8.2016
2
Ilman vetysidoksia vesi esiintyisi maapallolla vain kaasuna, kuten hiili-dioksidi tai metaani.
Veden ominaisuudet (jatkuu):
Veden muodostuessa vapautuu paljon energiaa ∆𝐻 = −286kJ
mol, eli ky-
seessä on eksoterminen reaktio. Puhdas vesi on huoneenlämpötilassa haju-ton, väritön ja mauton.
Vedellä on moniin muihin molekyylikooltaan vastaavan suuruisiin yhdisteisiin
verrattuna korkea ominaislämpökapasiteetti 4,1819kJ
kgK, ominaissulamis-
lämpö 333kJ
kg ja höyrystymislämpö 2 260
kJ
kg.
Vesi poikkeaa muista aineista myös siinä, että sen kiinteä olomuoto (jää) on neste-mäistä harvempaa. Tilavuus kasvaa noin 9% veden jäätyessä. Jää kelluu veden pinnalla. Vesieliöille elintärkeä veden ominaisuus on sen tiheys, tiheimmillään vesi on +4℃ lämpötilassa.
30.8.2016
3
Sulamisessa jään ontelo-mainen rakenne luhistuu ja vesimolekyylit pääse-vät lähemmäs toisiaan.
Veden kolmoispiste
Kyseessä on veden faasidiagrammi. Ns. kolmoispisteessä veden lämpötila on 0,01℃ ja paine 611,73Pa. Veden kriittinen piste saavutetaan 374 celsius-asteen lämpötilassa ja 22,1 megapascalin paineessa. Huomioitavaa on kiinte-än ja nesteen välisen faasirajan ”positiivinen kulmakerroin”. Nimittäin 𝐻𝑒:lla se on negatiivinen. Faasi on fysikaal. ja kemial. yhtenäinen olomuotoalue, jossa on selvä rajapin-ta. Fysikaalisesti = yhtenäinen koostumus, kemiallisesti = yhtenäiset ominais.
30.8.2016
4
Pain
e, p
/Pa
Lämpötila, T/K
Veden kokeellisesta faasidiagrammista näkyy eri kiinteät faasit
Hiilidioksidin kokeellinen faasidiagrammi. Huomaa, että koska kolmoispiste sijaitsee huomattavasti ilmanpaineen yläpuolella, nestemäinen CO2 ei esiinny normaaliolo-suhteissa (paineen pitää olla vähintään
5,11 ilmakehää)
Osa jään (jää-I) rakenteesta. Jokainen O-atomi on sitoutunut kovalenttisesti kahteen H-atomiin ja kahdella vety-
sidoksella viereisiin O-atomeihin tetraedrinen järjestys.
Vedellä on pintajännitys, joka perustuu vetysidoksiin!
Mitä vahvemmat ovat molekyylien väliset vetovoimat, sitä suurempi on pintajännitys. Veden pintajännitys on suurem-pi kuin etanolin.
30.8.2016
5
Värjätty vesi Eripaksuisia lasiputkia värjätyssä vedessä Elohopea
Kapillaari-ilmiö
Petrimaljassa on natriumhydroksidi-
liuosta ja puoliläpäisevässä kalvo-
pussissa fenoliftaleiiniliuosta.
Diffuusio ja osmoosi
Diffuusio on ilmiö, jossa molekyylit pyrkivät siirtymään väkevämmästä pi-toisuudesta laimeampaan tasoittaen mahdolliset pitoisuuserot ajan mit-taan. Esimerkiksi solun sisäisen ja ulkoisen suolatasapainon ylläpitäminen perus-tuu diffuusioon. Jos juot liikaa vettä, niin solun sisältä siirtyy suoloja solun ulkopuolelle solutoiminta häiriintyy tulee ns. vesipöhö, joka on vaarallinen.
Veden diffuusiota sanotaan osmoo-sioksi.
30.8.2016
6
Pinta-aktiiviset aineet eli tensidit Aineita; jotka laskevat liuoksen pintajännitystä kutsutaan pinta-aktii-visiksi aineiksi. Voimakkaasti pintajännitystä alentavia aineita kutsu-taan tensideiksi.
Tensidit eli pinta-aktiiviset aineet ovat kemiallisia yhdisteitä, joissa on hydrofiilinen (vesihakuinen) ja hydrofobinen (vesipakoinen) pää. Täl-laisia yhdisteitä ovat esimerkiksi saippuat.
Tensidit tunkeutuvat vesiliuoksessa vesimolekyylien väleihin pienen-täen pintajännitystä. Saippuan ja muiden tensidien toiminta perustuu siihen, että pooliton lika sitoutuu tensidien vedessä muodostamiin miselleihin.
30.8.2016
7
• Veden kovuus aiheutuu siihen liuenneista kalsium- ja magnesium-ioneista Ca2+ ja Mg2+.
• Mitä enemmän vedessä on kyseisiä ioneja, sitä kovempaa se on.
• Saippuan ongelma on, että kovassa vedessä olevat kalsium- ja mag-nesiumionit muodostavat rasvahappoanionien kanssa niukkaliukoi-sia suoloja, ns. kalkkisaippuaa.
• Kalkkisaippuan muodostuminen voidaan estää myös käyttämällä syn-teettisiä tensidejä, jotka eivät muodosta kovassa vedessä niukkaliu-koisia suoloja.
30.8.2016
8
ilma
vesi
vesi
Kiinteä aine
tensidi
ilmakupla
Hyvin ohut vesikerros
neste
silikonivaahtotuote
Tensidit alentavat pintajän-nitystä, parantavat veden kostutuskykyä, irrottavat ja pilkkovat kuiduista tehok-kaasti likaa, estävät säh-köisten ominaisuuksiensa ansiosta lian tarttumisen takaisin puhdistettavalle pinnalle, minkä vuoksi niitä käytetään pesuaineissa.