Wasser

Physikalische Eigenschaften

Wasser hat mehrere wichtige physikalische Eigenschaften. Obwohl diese Eigenschaften aufgrund der Allgegenwart von Wasser bekannt sind, sind die meisten physikalischen Eigenschaften von Wasser ziemlich untypisch. Aufgrund der geringen Molmasse seiner Molekülbestandteile weist Wasser ungewöhnlich hohe Werte für Viskosität, Oberflächenspannung, Verdampfungswärme und Verdampfungsentropie auf, die alle auf die umfangreichen Wasserstoffbrücken in flüssigem Wasser zurückzuführen sind. Die offene Struktur des Eises, die eine maximale Wasserstoffbindung ermöglicht, erklärt, warum festes Wasser weniger dicht ist als flüssiges Wasser - eine äußerst ungewöhnliche Situation unter den üblichen Substanzen.

Ausgewählte physikalische Eigenschaften von Wasser
Molmasse	18,0151 Gramm pro Mol
Schmelzpunkt	0,00 ° C.
Siedepunkt	100,00 ° C.
maximale Dichte (bei 3,98 ° C)	1,0000 Gramm pro Kubikzentimeter
Dichte (25 ° C)	0,99701 Gramm pro Kubikzentimeter
Dampfdruck (25 ° C)	23,75 Torr
Schmelzwärme (0 ° C)	6,010 Kilojoule pro Mol
Verdampfungswärme (100 ° C)	40,65 Kilojoule pro Mol
Bildungswärme (25 ° C)	–285,85 Kilojoule pro Mol
Verdampfungsentropie (25 ° C)	118,8 Joule pro ° C Mol
Viskosität	0,8903 Centipoise
Oberflächenspannung (25 ° C)	71,97 Dyn pro Zentimeter

Chemische Eigenschaften

Säure-Base-Reaktionen

Wasser unterliegt verschiedenen chemischen Reaktionen. Eine der wichtigsten chemischen Eigenschaften von Wasser ist seine Fähigkeit, sich sowohl als Säure (Protonendonor) als auch als Base (Protonenakzeptor) zu verhalten, die charakteristische Eigenschaft amphoterer Substanzen. Dieses Verhalten zeigt sich am deutlichsten bei der Autoionisierung von Wasser: H ₂ O (l) + H ₂ O (l) ⇌ H ₃ O ⁺ (aq) + OH ^- (aq), wobei (l) den flüssigen Zustand darstellt; Das (aq) zeigt an, dass die Spezies in Wasser gelöst sind, und die Doppelpfeile zeigen an, dass die Reaktion in beide Richtungen stattfinden kann und ein Gleichgewichtszustand vorliegt. Bei 25 ° C (77 ° F) beträgt die Konzentration an hydratisiertem H ⁺ (dh H ₃ O ⁺, bekannt als Hydroniumion) in Wasser 1,0 × 10 ^–7 M, wobei M Mol pro Liter darstellt. Da für jedes H ₃ O ⁺ -Ion ein OH ^- -Ion erzeugt wird, beträgt die OH ^- -Konzentration bei 25 ° C ebenfalls 1,0 × 10 ^–7 M. In Wasser bei 25 ° C beträgt die H ₃ O ⁺ -Konzentration und die OH ^- -Konzentration muss immer 1,0 × 10 ^{–14 sein}: [H ⁺] [OH ^-] = 1,0 × 10 ^–14, wobei [H ⁺] die Konzentration hydratisierter H ⁺ -Ionen in Mol pro Liter und [OH ^-] die Konzentration von darstellt OH ^- Ionen in Mol pro Liter.

Wenn eine Säure (eine Substanz, die H ⁺ -Ionen produzieren kann) in Wasser gelöst wird, tragen sowohl die Säure als auch das Wasser H ⁺ -Ionen zur Lösung bei. Dies führt zu einer Situation, in der die H ⁺ -Konzentration größer als 1,0 × 10 ^–7 M ist. Da es immer wahr sein muss, dass [H ⁺] [OH ^-] = 1,0 × 10 ^–14 bei 25 ° C ist, ist die [OH ^-] muss auf einen Wert unter 1,0 × 10 ⁻⁷ abgesenkt werden. Der Mechanismus zur Verringerung der Konzentration von OH ^- beinhaltet die Reaktion H ⁺ + OH ^- → H ₂ O, die in dem Ausmaß abläuft, das erforderlich ist, um das Produkt von [H ⁺] und [OH ^-] auf 1,0 × 10 ^–14 M wiederherzustellen. Wenn also eine Säure zu Wasser gegeben wird, enthält die resultierende Lösung mehr H ⁺ als OH ^-; das heißt [H ⁺]> [OH ^-]. Eine solche Lösung (in der [H ⁺]> [OH ^-]) soll sauer sein.

Die gebräuchlichste Methode zur Angabe des Säuregehalts einer Lösung ist ihr pH-Wert, der anhand der Wasserstoffionenkonzentration definiert wird: pH = −log [H ⁺], wobei das Symbol log für einen Base-10-Logarithmus steht. In reinem Wasser, in dem [H ⁺] = 1,0 × 10 ^–7 M ist, ist der pH = 7,0. Bei einer sauren Lösung liegt der pH-Wert unter 7. Wenn eine Base (eine Substanz, die sich als Protonenakzeptor verhält) in Wasser gelöst wird, wird die H ⁺ -Konzentration verringert, so dass [OH ^-]> [H ⁺]. Eine basische Lösung zeichnet sich durch einen pH-Wert> 7 aus. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass in wässrigen Lösungen bei 25 ° C: