Woda Najpospolitsza czy najbardziej niezwykła substancja Świata?
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...?
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
Błękitna planeta ¾ jej powierzchni pokrywa woda
Lód też jest niebieski?
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
Woda nie jest podobna do kowalencyjnych sąsiadów w Układzie Okresowym?
Gdyby woda miała normalne właściwości to...?!
Silnik samochodowy XXI wieku 2H 2 + O 2 H 2 O ( H = - 242 kj/mol)
Woda z rury wydechowej?
Czy cząsteczka wody ma uszy?
Czy cząsteczka wody przypomina czterolistną kończynę?
Ten wzór jest lepszy niż liniowy H-O-H!
Kąt między wiązaniami O-H jest mniejszy niż 109 28 i wynosi 104 29
Każda cząsteczka wody ma dwa atomy wodoru zdolne do tworzenia wiązań wodorowych i atom tlenu z dwoma wolnymi parami elektronowymi. 2 + 2 = 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).
OH + H H 2 O (= 20 Ne) Przekrój cząsteczki H 2 O w płaszczyźnie wiązań O-H
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
Moment dipolowy wody
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
Dlaczego woda leci tak dziwnie?
Jak H 2 O pochłania (wydziela) ciepło?
Wpływ temperatury na gęstość wody 1,01 Gęstość [g/ml] 1 0,99 0,98 0,97-20 0 20 40 60 80 Temperatura [ C]
Dlaczego woda zamarza od góry?
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 0,9999-4 -2 0 2 4 6 8 10
Struktura przestrzenna lodu
Heksagonalne cuda natury
Festiwal śniegu w Japonii
Struktura krystaliczna lodu. Lód jest dziurawy!
Te dziury są bardziej realistyczne
Wiązanie wodorowe w lodzie
Jaki śnieg pada? Struktura krystaliczna lodu zależy od temperatury i prężności pary wodnej!
W której zlewce jest woda?
Dlaczego ciężki eter etylowy C 2 H 5 -O-C 2 H 5 jest znacznie bardziej lotny niż lekka woda H 2 O?