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Es ist flüssig! Es ist klar! Es riecht nicht! Man kann es trinken!

Es ist flüssig! Es ist klar! Es riecht nicht! Man kann es trinken!. Wasser H 2 O. Ein nicht allzu trockenes Thema!. Übersicht. 1. Allgemeines und Historisches 2. Das Wassermolekül 3. Eigenschaften 4. Reaktionen von Wasser 5. Umwelt und Wasseraufbereitung 6. Schulrelevanz.

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Es ist flüssig! Es ist klar! Es riecht nicht! Man kann es trinken!

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Presentation Transcript

  1. Es ist flüssig! • Es ist klar! • Es riecht nicht! • Man kann es trinken!

  2. Wasser H2O Ein nicht allzu trockenes Thema!

  3. Übersicht • 1. Allgemeines und Historisches • 2. Das Wassermolekül • 3. Eigenschaften • 4. Reaktionen von Wasser • 5. Umwelt und Wasseraufbereitung • 6. Schulrelevanz

  4. 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

  5. 1. Allgemeines und Historisches • 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)

  6. 1. Allgemeines und Historisches • Wasser: alle Flüssigkeiten • Erde: alle Feststoffe (Metalle, Holz, Oxide, Salze) • Luft : alle Gase • z.B. • brennbare Luft (air inflammable) = Wasserstoff • atembare Luft (air respirable) = Sauerstoff • Feuer: Energie (freigewordene bzw. zugeführte Energie)

  7. 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).

  8. 1. Allgemeines und Historisches • 1.3 Entlarvung der Verbindung Wasser • Lavoisier, 1784 erkannte: Wasser ist ein Oxid. Reaktionsgleichung: 0 +I -II +II/+III -II 0 3 Fe(s) + 4 H2O(g) Fe3O4 (s) + 4 H2 (g)

  9. 1. Allgemeines und Historisches V1: Zersetzung von Wasser • Reaktionsgleichung: • 0 +I +II 0 • Mg(s) + H2O(g)  MgO(s) + H2(g)

  10. 2. Das Wassermolekül V2: Elektrolyse von Wasser • Eigendissoziation 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 Wasser besteht aus Wasserstoff und Sauerstoff im Verhältnis: 2:1

  11. 2. Das Wassermolekül 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)

  12. 2. Das Wassermolekül • 2.1 Struktur des Wassermoleküls H2O O-Atom: sp3-hybrisiert  daher Molekül gewinkelt Erwartet: Winkel von 109,5° (Tetraeder) Jedoch: Winkel von 104,45° • Laut VSEPR-Theorie: • freie Elektronenpaare des Sauerstoffs benötigen mehr Platz •  Verkleinerung des HOH-Winkels

  13. 2. Das Wassermolekül • 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 • Dipol: • „Moleküle, in denen die Ladungsschwerpunkte der positiven und negativen Partialladungen nicht zusammenfallen, stellen einen Dipol dar.“

  14. 2. Das Wassermolekül D1: Ablenkung eines Wasserstrahls

  15. 3. Eigenschaften • 3.1 Allgemeine Eigenschaften • Schmelz- und Siedepunktsanomalie (0°C/100°C)

  16. 3. Eigenschaften • Wasserstoffbrückenbindung Energie: 21 kJ/mol

  17. 3. Eigenschaften • Aggregatzustände Struktur von Eis 1 -Tridymit-Struktur 7 kristalline Phasen bekannt

  18. 3. Eigenschaften D2: Schwimmen einer Büroklammer • Oberflächenspannung • Wasserstoffbrückenbindungen • Grenzflächenaktive Substanzen • (z.B. Tenside) können diese herabsetzen. • Die Klammer geht unter!

  19. 3. Eigenschaften • 3.2 Anomalie des Wassers • Eis besitzt als Festkörper eine geringere • Dichte als flüssiges Wasser. •  Eis schwimmt auf Wasser. •  Eis dehnt sich aus. •  Sprengungen

  20. 3. Eigenschaften • 3.3 Löslichkeit von Salzen und Gasen • 3.3.1 Salze

  21. 3. Eigenschaften V3: Lösen von Salzen • Lösen von CaCl2 Erwärmung der Lösung Bildung von Ca2+ und Cl-Ionen Hydratationsenergie größer als die Gitterenergie des Kristalls • Lösen von NH4NO3 • Abkühlung der Lösung • Bildung von NH4+ und NO3--Ionen • Hydratationsenergie niedriger,

  22. 3. Eigenschaften Demonstration 3: • 3.3.2 Gase

  23. 3. Eigenschaften V4: Leitfähigkeitsmessung • (a) Entionisiertes Wasser • (b) Leitungswasser • (c) Salz • (d) Salzlösung H2O NaCl(s)  Na+ (aq) + Cl-(aq)

  24. 3. Eigenschaften • 3.4 Leitfähigkeit • Durch Elektrolyte, hier die gelösten Ionen • Träger des elektrischen Stroms: Ionen • Kationen zur Kathode (negativ) • Anionen zur Anode (positiv)

  25. 3. Eigenschaften • 3.5 Wasser definiert den pH-Wert • Definition: pH = -log [c(H3O+)] • 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.

  26. 3. Eigenschaften V5: pH-Wert • (a) Lösen von NaHSO4 NaHSO4(s)  Na+(aq) + HSO4-(aq) HSO4-(aq) + H2O  SO42-(aq) + H3O+(aq) Säure 1 Base 2 Base 1 Säure 2  sauer (b) Lösen von Na2CO3 Na2CO3(s)  2 Na+(aq) + CO32-(aq) CO32-(aq) + H2O  HCO3-(aq) +OH-(aq) Base 1 Säure 2 Säure 1 Base 2  alkalisch

  27. [Cu(H2O)4]SO4·H2O CuSO4·3H2O CuSO4·H2O CuSO4 4. Reaktionen mit Wasser V6: Erkennungsreaktion • Wasserfreies weißes Kupfersulfat wird bei • Anwesenheit von Wasser blau. • 4 H2O koordinieren quadratisch-planar • Fünfte über H-Brücken an Sulfationen und Koordinationswasser gebunden.

  28. 4. Reaktionen mit Wasser V7: Reaktion mit Natrium • Reaktionsgleichung: • 0 +I +I 0 • 2 Na(s)+ 2 H2O  2 Na+(aq) + 2 OH-(aq) + H2 (g) •  alkalisch Phenolphthalein färbt sich violett

  29. 5. Umwelt und Wasseraufbereitung • 5.1 Täglicher Verbrauch: In Deutschland seit 1980: Verbrauch im Haushalt pro Person täglich konstant etwa 145 L einschließlich des industriellen Verbrauchs etwa 220 L pro Einwohner und Tag. Deckung: 62% Grundwasser 12 % Quellwasser 6% Uferfiltrat 20% Oberflächenwasser

  30. 5.1 Täglicher Verbrauch: Aufteilung des täglichen Trinkwasserverbrauchs in Deutschland pro Einwohner Toilettenspülung 46 L Baden, Duschen 44 L Wäschewaschen 17 L Körperpflege 9 L Geschirrspülen 9 L Garten bewässern 6 L Auto waschen 3 L Kochen, Trinken 3 L Sonstiges 8 L

  31. 5. Umwelt und Wasseraufbereitung • 5.2 Wasseraufbereitung • Entfernung suspendierter Teilchen • Siebung, Sedimentation, Flockung, Filtration • Entölung • Aktivkohlefilter • Entfernung unerwünschter Ionen • Ionenaustauscher, Umkehrosmose

  32. 5. Umwelt und Wasseraufbereitung • 5.3 Energie aus Wasser und Wasserstoff • Walchensee-Kraftwerk

  33. 5. Umwelt und Wasseraufbereitung • 5.3 Energie aus Wasser und Wasserstoff • Wasserstoffauto

  34. 6. Schulrelevanz • Klasse 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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