Water Chemie (uitgebreid)

Waterstofatomen worden aangetrokken door andere atomen zoals zuurstofatomen, omdat elektronen van het waterstofatoom sterker naar het zuurstofatoom worden getrokken, dit komt door de grotere aantrekkingskracht van het zuurstofatoom voor elektronen. Als gevolg hiervan hebben zuurstofatomen gedeeltelijk een zeer lichte negatieve lading, terwijl waterstofatomen een gedeeltelijke, zeer lichte positieve lading hebben. De licht positief geladen waterstofatomen worden daarom aangetrokken tot de licht negatief geladen zuurstofatomen van andere watermoleculen. Deze aantrekkingskrachten worden waterstofbruggen genoemd. De krachten die twee moleculen via een waterstofbrug met elkaar verbinden, zijn veel sterker dan de krachten tussen moleculen en koolwaterstoffen. De aantrekkingskracht tussen waterstof- en zuurstofatomen zorgt ervoor dat water een veel hoger kookpunt heeft dan een ander molecuul met dezelfde massa. Waterstofbruggen kunnen ook gevormd worden tussen waterstof en zwavel- of stikstof, de zogenaamde SH- en NH2-groepen.

In deze afbeelding kunt u zien hoe waterstofbruggen eruit zien:

Waterstofbruggen

Hoe verdampt water?

Om water te verdampen, moet er energie toegevoegd worden. De moleculen in het water nemen ieder voor zich deze energie op. Door deze energieopname worden de waterstofbruggen die de watermoleculen met elkaar verbinden verbroken. De moleculen bevinden zich dan in een gasvormige fase; ook wel waterdamp genoemd. De faseovergang van water in gas wordt ook wel verdamping genoemd. Tijdens het verdampen nemen watermoleculen potentiële warmte op.

Wat zijn de thermische eigenschappen van water?

Thermische eigenschappen van een vloeistof zijn eigenschappen die te maken hebben met het overdragen van warmte door een vloeistof. Thermische eigenschappen kunnen opgedeeld worden in eigenschappen die te maken hebben met specifieke warmte en potentiële warmte.

De specifieke warmte is de hoeveelheid warmte per eenheid massa die nodig is om de temperatuur van een vloeistof met een graad Celsius te doen stijgen. Het verband tussen warmte en temperatuurverandering wordt meestal uitgedrukt met behulp van de volgende formule, waarbij c de specifieke warmte is.

Q = c*m*dT

Q = toegevoegde warmte c = specifieke warmte m = massa dT = verandering in temperatuur

De specifieke warmte van een vloeistof wordt uitgedrukt in kilojoules per kilogram, per graad Celsius. De specifieke warmte van water is 4.18 kJ/ kg * ^oC bij 0^oC.

Potentiële warmte staat voor energie die geabsorbeerd wordt door watermoleculen, wanneer deze verdampen. Deze warmte zit verborgen in de watermolecuul en wordt gebruikt wanneer water wordt verwarmd. Wanneer het water afkoelt, wordt deze energie weer in de molecuul opgeslagen. Potentiële warmte wordt uitgedrukt in kilo Joules per kilogram (kJ/kg). De potentiële warmte van water is 2250 kJ/ kg bij een normale druk en een temperatuur van 100oC.

Hoe bepalen we de oplosbaarheid van gassen in water?

Henry's Wet bepaalt de oplosbaarheid van gassen in water. Deze wet verbindt de gedeeltelijke druk van een gas met de molfractie van dezelfde stof in de vloeibare fase. Op die manier kan men zien hoeveel gas er is opgelost. Volgens de berekeningen van Henry's Wet is zuurstof beter in water oplosbaar dan stikstof. Henry's Wet gaat als volgt: P = H * x Hierbij is p de gedeeltelijke druk van een gas, H is een constante die voor elk gas anders is en x is de molfractie van dit gas in zijn vloeibare fase. Sommige gassen hebben een aparte manier van reageren wanneer ze opgelost zijn. Koolstofdioxide, zwavelzuur en verscheidene vluchtige stoffen, zoals waterstofchloride lossen op en vermengen zich dan. Hun oplosbaarheidcoëfficiënt is vel hoger dan dat van andere gassen.

Hoe wordt de oplosbaarheid van vloeistoffen in water bepaald?

Watermoleculen zijn polair. Daarom wordt de oplosbaarheid van een vloeistof in water bepaald door de polariteit. Polaire stoffen bevatten vaak OH-, SH- en NH2- groepen. Hoe meer van deze groepen een vloeistof bevat, hoe beter deze stof in water oplosbaar is. Dit komt doordat de hier genoemde groepen waterstofverbindingen kunnen vormen met water, dit zijn zeer sterke verbindingen. Omdat deze verbindingen zo sterk zijn, is een molecuul met veel OH-, SH- en NH2- groepen beter in water oplosbaar.

Wat is oxidatie en reductie?

Water kan ook deelnemen aan oxidatie en reductie processen. Hierbij kan water een donor zijn van elektronen; en wordt dan een reductie agent genoemd. Het type reactie waarbij een mengsel elektronen opneemt, wordt een oxidatiereactie genoemd. De ontvanger van elektronen wordt de oxidant genoemd. Doorgaans komt er bij deze reacties zuurstof vrij. Water kan ook de rol van oxidant, ontvanger van elektronen spelen. Het type reactie waarbij een mengsel elektronen opneemt wordt een reductiereactie genoemd.

Een voorbeeld van een redox reactie van koper (Cu) en zink (Zn): Cu2+(aq) + Zn(s) -> Zn2+(aq) + Cu(s)

Wanneer we deze reactie in twee delen opsplitsen, worden de oxidatie en reductie van elektronen (e-) afzonderlijk zichtbaar: Zn(s) -> Zn2+ + 2e- (oxidatie) Cu2+(aq) + 2e- -> Cu(s) (reductie)

Bij deze reactie is zink de donor van elektronen; zink is de reducerende stof. Koper is de oxiderende stof, omdat koper hier de ontvanger is van elektronen.

Zie ook onze uitgebreide Waterbegrippenlijst of ga terug naar het FAQ water overzicht

Als u nog meer vragen heeft, kunt u altijd met ons contact opnemen