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!
Wasser HWasser H22OO
Ein nicht allzu trockenes Thema!
Übersicht1. Allgemeines und Historisches
2. Das Wassermolekül
3. Eigenschaften
4. Reaktionen von Wasser
5. Umwelt und Wasseraufbereitung
6. Schulrelevanz
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
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
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
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
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)
V1: Zersetzung von Wasser
Reaktionsgleichung: 0 +I +II 0
Mg(s) + H2O(g) MgO(s) + H2(g)
1. Allgemeines und Historisches
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
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
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
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.“
D1: Ablenkung eines Wasserstrahls2. Das Wassermolekül
3. Eigenschaften3.1 Allgemeine Eigenschaften
– Schmelz- und Siedepunktsanomalie (0°C/100°C)
Wasserstoffbrückenbindung
3. Eigenschaften
Energie: 21 kJ/mol
Aggregatzustände
3. Eigenschaften
Struktur von Eis 1-Tridymit-Struktur
7 kristalline Phasen bekannt
Oberflächenspannung
WasserstoffbrückenbindungenGrenzflächenaktive Substanzen(z.B. Tenside) können diese
herabsetzen.Die Klammer geht unter!
3. Eigenschaften
D2: Schwimmen einer Büroklammer
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
3.3 Löslichkeit von Salzen und Gasen3.3.1 Salze
3. Eigenschaften
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,
3. Eigenschaften
3.3.2 Gase
Demonstration 3:
3. Eigenschaften
(a) Entionisiertes Wasser(b) Leitungswasser(c) Salz(d) Salzlösung
V4: Leitfähigkeitsmessung
NaCl(s) Na+ (aq) + Cl- (aq)
H2O
3.4 Leitfähigkeit
Durch Elektrolyte, hier die gelösten IonenTräger des elektrischen Stroms: Ionen
– Kationen zur Kathode (negativ)– Anionen zur Anode (positiv)
3. Eigenschaften
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.
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
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
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
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
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
5.2 Wasseraufbereitung
Entfernung suspendierter TeilchenSiebung, Sedimentation, Flockung, Filtration
EntölungAktivkohlefilter
Entfernung unerwünschter IonenIonenaustauscher, Umkehrosmose
5. Umwelt und Wasseraufbereitung
5.3 Energie aus Wasser und WasserstoffWalchensee-Kraftwerk
5. Umwelt und Wasseraufbereitung
5.3 Energie aus Wasser und WasserstoffWasserstoffauto
5. Umwelt und Wasseraufbereitung
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
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