Woda. Najpospolitsza czy najbardziej niezwykła substancja Świata?

Transkrypt

1 Woda Najpospolitsza czy najbardziej niezwykła substancja Świata?

2 Cel wykładu Odpowiedź na pytanie zawarte w tytule A także próby odpowiedzi na pytania typu: Dlaczego woda jest mokra a lód śliski? Dlaczego lód nie tonie? Czy woda się pali? i wiele innych..., co byłoby gdyby...?

3 Rola wody na Ziemi Woda-najpospolitsza czy najbardziej niezwykła substancja Świata?! Woda ożywia naszą planetę pod względem fizycznym, chemicznym i biologicznym jako: - podstawowy element przyrody - czynnik geologiczny i klimatyczny - decydujący czynnik istnienia życia na Ziemi - dominujący składnik tkanki roślinnej i zwierzęcej - środowisko procesów biochemicznych w organizmach żywych - środowisko bytowania licznych gatunków zwierząt, roślin i mikroorganizmów - podstawowy nośnik ciepła w przyrodzie - czynnik powodujący wietrzenie i korozję skał - rozpuszczalnik różnych związków chemicznych (soli zawartych w skorupie ziemskiej) - podstawowy czynnik transportujący materię - czynnik ułatwiający procesy chemiczne, fizyczne i biologiczne - substrat w fotosyntezie (6H 2 O + 6CO 2 C 6 H 12 O 6 +6O 2 ) lub produkt w reakcji odwrotnej - utleniania (rozkładu) związków organicznych - surowiec chemiczny do otrzymywania wielu produktów (np. tlenu, wodoru, gazu wodnego) Woda jest tak pospolita, że zazwyczaj nie zwracamy uwagi na jej niezwykłe właściwości

4 Błękitna planeta ¾ jej powierzchni pokrywa woda

5 Lód też jest niebieski?

6 Właściwości fizykochemiczne wody W zależności od ciśnienia i temperatury występuje jako ciecz (woda), ciało stałe (lód) lub gaz (para wodna). Woda jest bezbarwna. W grubszych warstwach niebieskawa wskutek absorpcji promieniowania czerwonego. Woda wykazuje wiele ciekawych i ważnych anomalii we właściwościach fizycznych: relatywnie bardzo wysokie temperatury krzepnięcia i wrzenia, maksymalną gęstość w temperaturze 277,14 K, istotne zmniejszenie gęstości podczas krzepnięcia (około 9%), bardzo duże wartości ciepła właściwego, ciepła krzepnięcia i parowania, duże napięcie powierzchniowe, stosunkowo duże przewodnictwo cieplne, dużą stałą dielektryczną, dużą zdolność rozpuszczania, dużą zdolność jonizującą, dużą zdolność tworzenia układów koloidowych

7 Woda nie jest podobna do kowalencyjnych sąsiadów w Układzie Okresowym?

8 Gdyby woda miała normalne właściwości to...?!

9 Silnik samochodowy XXI wieku 2H 2 + O 2 H 2 O ( H = kj/mol)

10 Woda z rury wydechowej?

11 Czy cząsteczka wody ma uszy?

12 Czy cząsteczka wody przypomina czterolistną kończynę?

13 Ten wzór jest lepszy niż liniowy H-O-H!

14 Kąt między wiązaniami O-H jest mniejszy niż i wynosi

15 Każda cząsteczka wody ma dwa atomy wodoru zdolne do tworzenia wiązań wodorowych i atom tlenu z dwoma wolnymi parami elektronowymi = 4!!! Dlatego tworzy aż cztery wiązania z sąsiadującymi cząsteczkami wody, będąc podwójnym donorem i podwójnym akceptorem par elektronowych. Liczba koordynacji 4 (2H=O==2H) zapewnia ażurową budowę lodu (klatratów).

16 OH + H H 2 O (= 20 Ne) Przekrój cząsteczki H 2 O w płaszczyźnie wiązań O-H

17 Woda jest dipolem Cząsteczka wody jest dipolem Moment dipolowy µ = q l (C m) gdzie: 0 < q < e - zależy od różnicy elektroujemności atomów tworzących wiązanie kowalencyjne (O H) l długość wiązania, suma promieni atomowych O i H

18 Moment dipolowy wody

19 Momenty dipolowe cząsteczek [D] CZĄSTECZKA HF HCl HBr HI H 2 O H 2 S NH 3 SO 2 GEOMETRIA liniowa liniowa liniowa liniowa trygonalna trygonalna tetragonalna trygonalna MOMENT DIPOLOWY (D) 1,92 1,08 0,78 0,38 1,87 1,10 1,46 1,60

20 Dlaczego woda leci tak dziwnie?

21 Jak H 2 O pochłania (wydziela) ciepło?

22 Wpływ temperatury na gęstość wody 1,01 Gęstość [g/ml] 1 0,99 0,98 0, Temperatura [ C]

23 Dlaczego woda zamarza od góry?

24 Temperatura [ C] Zmiana objętości właściwej wody Właściwości fizyczne wody. 1,0905 lód Objętość 1g wody lub lodu [cm ] 3 1,0903 1,0901 1,0003 1,0001 przerwa w skali woda 0,

25 Struktura przestrzenna lodu

26 Heksagonalne cuda natury

27 Festiwal śniegu w Japonii

28 Struktura krystaliczna lodu. Lód jest dziurawy!

29 Te dziury są bardziej realistyczne

30 Wiązanie wodorowe w lodzie

31 Jaki śnieg pada? Struktura krystaliczna lodu zależy od temperatury i prężności pary wodnej!

32 W której zlewce jest woda?

33 Dlaczego ciężki eter etylowy C 2 H 5 -O-C 2 H 5 jest znacznie bardziej lotny niż lekka woda H 2 O?