Das Wasser. Chemische Grundlagen

Inhalt

1 Allgemeines
1.1 physikalische Eigenschaften
1.2 chemische Eigenschaften

2 Chemische Erklärung der physikalischen Eigenschaften
2.1 Warum ist Wasser bei Zimmertemperatur flüssig?
2.2 Wie lösen sich Stoffe in Wasser?
2.3 Warum leitet Wasser den elektrischen Strom nicht?

1 Allgemeines

1.1 physikalische Eigenschaften

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

- farb- und geruchlos
- geschmacksneutral und ungiftig
- nicht brennbar und keine Förderung der Verbrennung
- bei Zimmertemperatur flüssig
- leitet den elektrischen Strom nicht
- viele Stoffe sind zumindest in Spuren in Wasser löslich

Experiment: Becherglas mit Wasser Ð Farbe, Geruch

1.2 chemische Eigenschaften

- chemisches Symbol: H2O Ð aufgebaut aus zwei Wasserstoff- und einem Sauerstoffatom

- Wasserstoff hat einen Elektronegativitätswert von 2,1; Sauerstoff hat einen Elektronegativitätswert von 3,5 Ð Differenz im Elektronegativitätswert DEN=1,4 Ð beide Stoffe müssen durch polare Atombindungen verbunden sein

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

- Sauerstoff beansprucht das bindende Elektronenpaar stärker Ð es wird näher zum Sauerstoffatom hingezogen Ð Sauerstoff erhält die negative Teilladung d-
- Wasserstoff besitzt nicht genug Energie um, das bindende Elektronenpaar nah an sich zu ziehen Ð Wasserstoff erhält die positive Teilladung d+
- beide Pole stehen in einem Winkel von 105° zueinander Ð es entsteht ein Dipolmolekül, da sich beide Pole nicht gegeneinander aufheben

- Anschaulichkeit: Anzeichnen an die Tafel

2 Chemische Erklärung der physikalischen Eigenschaften

2.1 Warum ist Wasser bei Zimmertemperatur flüssig?

- allein durch die Atombindung und die ständig vorhandenen Van-der-Waals-Kräfte nicht möglich, da es sich 1.) nur um zwei relativ kleine Atome handelt, die einzeln im elementaren Zustand bei

Zimmertemperatur gasförmig sind und 2.) das Molekül Wasser auch sehr klein ist Ð Van-der-Waals-Kräfte sind sehr gering

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Ursache ist die Wasserstoffbrückenbindung, die zusätzliche Festigkeit bringt

- Dipolmolekül Wasser richtet sich durch elektrische Anziehungskräfte im Verband wie folgt aus:

- positive und negative Pole verschiedener Dipolmoleküle ziehen sich gegenseitig an Ð es entsteht ein netzähnlicher Verbund

- durch diese Bindungsart werden Proteinketten hauptsächlich zusammengehalten

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Ð da Wasserstoffatome in Wechselwirkung mit Atomen treten, die ein freies Elektronenpaar besitzen

- diese Bindungsart ist schwächer als Atom- oder Ionenbindungen, aber stärker als die Van-der-Waals-Kräfte

2.2 Wie lösen sich Stoffe in Wasser?

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Wie lösen sich Stoffe in Wasser?

- Lösen in Wasser Ð Hydration
- dabei gilt: „Gleiches löst sich in Gleichem.“, das bedeutet, wasserlöslich sind Stoffe mit polaren Atombindungen oder polarisierten Gruppen, bzw. Stoffe deren Verband ebenfalls durch elektrische Anziehungskräfte zusammengehalten wird (zum Beispiel Ionenbeziehungen)

Prinzip der Hydration am Beispiel von Natriumchlorid (NaCl)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Salze bestehen aus positiv geladenen Metall- und negativ geladenen Nichtmetallionen, die durch Ionenbeziehungen (elektrische Anziehungskräfte) fest zusammengehalten werden Ð „Angriffspunkt“ des Wassers

das Dipolmolekül Wasser lagert sich mit einem Pol an das jeweils entgegengesetzt geladene Ion an und bildet so eine Hydrathülle um darum

Cl- Na+

das Ion kann sich nicht mehr mit den anderen ebenfalls gelösten verbinden und liegt nun frei vor

- Anschaulichkeit: Anzeichnen an die Tafel
- Experiment: Salz und Öl in Wasser lösen

2.3 Warum leitet Wasser den elektrischen Strom nicht?

- im Wassermolekül sind alle Valenzelektronen gebunden Ð es gibt keine freien Ladungsträger, die zur Übertragung des elektrischen Stroms nötig sind Ð der elektrische Strom wird nicht geleitet
- Wasser leitet erst den Strom, wenn in ihm Stoffe gelöst wurden Ð Stoffe werden zu Ionen aufgespalten, die freie Ladungsträger darstellen Ð über diese lässt der Strom sich übertragen

- Experiment: Wasser leitet den elektrischen Strom nicht, Wasser und Salz leiten den elektrischen Strom

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

physikalische Eigenschaften

- farb- und geruchlos
- geschmacksneutral und ungiftig
- nicht brennbar und keine Förderung der Verbrennung
- bei Zimmertemperatur flüssig
- leitet den elektrischen Strom nicht
- viele Stoffe sind zumindest in Spuren in Wasser löslich

chemische Eigenschaften

- chemisches Symbol: H2O Ð aufgebaut aus zwei Wasserstoff- und einem Sauerstoffatom

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Wasserstoff hat einen EN-Wert von 2,1; Sauerstoff hat einen EN-Wert von 3,5

Ð DEN=1,4 Ð beide Stoffe durch polare Atombindung verbunden

d-

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

- Sauerstoff beansprucht das bindende Elektronenpaar stärker Ð es wird näher zum Sauerstoffatom hingezogen Ð Sauerstoff erhält die negative Teilladung d-

- Wasserstoff besitzt nicht genug Energie um, das bindende Elektronenpaar nah an sich zu ziehen Ð Wasserstoff erhält die positive Teilladung d+

- beide Pole stehen in einem Winkel von 105° zueinander Ð es entsteht ein Dipolmolekül, da sich beide Pole nicht gegeneinander aufheben

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Das Prinzip der Hydration am Beispiel von Natriumchlorid (NaCl)

- Salze bestehen aus positiv geladenen Metall- und negativ geladenen Nichtmetallionen, die durch Ionenbeziehungen (elektrische Anziehungskräfte) fest zusammengehalten werden Ð „Angriffspunkt“ des Wassers

- das Dipolmolekül Wasser lagert sich mit einem Pol an das jeweils entgegengesetzt geladene Ion an und bildet so eine Hydrathülle um darum

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Cl- Na+

- das Ion kann sich nicht mehr mit den anderen ebenfalls gelösten verbinden und liegt nun frei vor

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Wasserstoffbrückenbindung

- Dipolmolekül Wasser richtet sich durch elektrische Anziehungskräfte im Verband wie folgt aus:
- positive und negative Pole verschiedener Dipolmoleküle ziehen sich gegenseitig an Ð es entsteht ein netzähnlicher Verbund
- durch diese Bindungsart werden Proteinketten hauptsächlich zusammengehalten Ð da Wasserstoffatome in Wechselwirkung mit Atomen treten, die ein freies Elektronenpaar besitzen
- diese Bindungsart ist schwächer als Atom- oder Ionenbindungen, aber stärker als die Van-der-Waals-Kräfte

Wasser leitet den elektrischen Strom nicht

- im Wassermolekül sind alle Valenzelektronen gebunden Ð es gibt keine freien Ladungsträger, die zur Übertragung des elektrischen Stroms nötig sind Ð der elektrische Strom wird nicht geleitet
- Wasser leitet erst den Strom, wenn in ihm Stoffe gelöst wurden Ð Stoffe werden zu Ionen aufgespalten, die freie Ladungsträger darstellen Ð über diese lässt der Strom sich übertragen