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