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

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Präsentation zum Thema: "Es ist flüssig! Es ist klar! Es riecht nicht! Man kann es trinken!"—  Präsentation transkript:

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

3 Wasser H 2 O Ein nicht allzu trockenes Thema!

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

5 1. Allgemeines und Historisches 1.1 Vorkommen Globale Wasservorräte: 1,38 Mrd. km 3 97,4% Salzwasser 2,6 % Süßwasser, einschließlich Eis in Meeren und Gletschern) 0,27% Trinkwasser: 3,6 Mio. km 3

6 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) 1. Allgemeines und Historisches

7 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) 1. Allgemeines und Historisches

8 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 (H 2 - Gas) und der air respirable (O 2 -Gas). 1. Allgemeines und Historisches

9 1.3 Entlarvung der Verbindung Wasser Lavoisier, 1784 erkannte: Wasser ist ein Oxid. 1. Allgemeines und Historisches Reaktionsgleichung: 0 +I -II +II/+III -II 0 3 Fe (s) + 4 H 2 O (g)  Fe 3 O 4 (s) + 4 H 2 (g) 

10 V1: Zersetzung von Wasser Reaktionsgleichung: 0 +I +II 0 Mg (s) + H 2 O (g)  MgO (s) + H 2  (g) 1. Allgemeines und Historisches

11 V2: Elektrolyse von Wasser Eigendissoziation des Wassers: H 2 O  2 H + (aq) + OH - (aq) Anode:4 OH - (aq)  O 2 (g)  + 2 H 2 O + 4 e - Kathode:4 H + (aq) + 4 e -  2 H 2 (g)  ___________________________________________________________ 4 H + (aq) + 4 OH - (aq)  2 H 2 (g)  + O 2 (g)  + 2 H 2 O 2. Das Wassermolekül Wasser besteht aus Wasserstoff und Sauerstoff im Verhältnis: 2:1

12 V2a+b: Nachweis von H 2 + O 2 (a) Nachweis von Wasserstoff (Knallgasprobe): 0 0 +I -II H 2 (g) + ½ O 2 (g)  H 2 O (g)  H<0 (b) Nachweis von Sauerstoff (Glimmspanprobe): 0 0 +IV -II C (s) + O 2 (g)  CO 2 (g) 2. Das Wassermolekül

13 2.1 Struktur des Wassermoleküls H 2 O O-Atom: sp 3 -hybrisiert  daher Molekül gewinkelt Erwartet: Winkel von 109,5° (Tetraeder) Jedoch: Winkel von 104,45° 2. Das Wassermolekül Laut VSEPR-Theorie: freie Elektronenpaare des Sauerstoffs benötigen mehr Platz  Verkleinerung des HOH-Winkels

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

15 D1: Ablenkung eines Wasserstrahls 2. Das Wassermolekül

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

17 Wasserstoffbrückenbindung 3. Eigenschaften Energie: 21 kJ/mol

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

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

20 3.2 Anomalie des Wassers Eis besitzt als Festkörper eine geringere Dichte als flüssiges Wasser.  Eis schwimmt auf Wasser.  Eis dehnt sich aus.  Sprengungen 3. Eigenschaften

21 3.3 Löslichkeit von Salzen und Gasen Salze 3. Eigenschaften

22 Lösen von CaCl 2 Erwärmung der Lösung Bildung von Ca 2+ und Cl-Ionen Hydratationsenergie größer als die Gitterenergie des Kristalls 3. Eigenschaften V3: Lösen von Salzen Lösen von NH 4 NO 3 Abkühlung der Lösung Bildung von NH 4 + und NO 3 - -Ionen Hydratationsenergie niedriger,

23 3. Eigenschaften Gase Demonstration 3:

24 3. Eigenschaften (a) Entionisiertes Wasser (b) Leitungswasser (c) Salz (d) Salzlösung V4: Leitfähigkeitsmessung NaCl (s)  Na + (aq) + Cl - (aq) H2OH2O

25 3.4 Leitfähigkeit Durch Elektrolyte, hier die gelösten Ionen Träger des elektrischen Stroms: Ionen –Kationen zur Kathode (negativ) –Anionen zur Anode (positiv) 3. Eigenschaften

26 3.5 Wasser definiert den pH-Wert Definition: pH = -log [c(H 3 O + )] 3. Eigenschaften Wasser hat pH 7, d.h. c(H 3 O + ) = mol/L Autoprotolyse des Wassers: 2 H 2 O  H 3 O + (aq) + OH - (aq) Durch Lösen von Salzen kann sich der pH-Wert ändern.

27 3. Eigenschaften (a) Lösen von NaHSO 4 V5: pH-Wert NaHSO 4(s)  Na + (aq) + HSO 4 - (aq) HSO 4 - (aq) + H 2 O  SO 4 2- (aq) + H 3 O + (aq) Säure 1 Base 2 Base 1 Säure 2  sauer (b) Lösen von Na 2 CO 3 Na 2 CO 3(s)  2 Na + (aq) + CO 3 2- (aq) CO 3 2- (aq) + H 2 O  HCO 3 - (aq) +OH - (aq) Base 1 Säure 2 Säure 1 Base 2  alkalisch

28 V6: Erkennungsreaktion Wasserfreies weißes Kupfersulfat wird bei Anwesenheit von Wasser blau. 4 H 2 O koordinieren quadratisch-planar Fünfte über H-Brücken an Sulfationen und Koordinationswasser gebunden. [Cu(H 2 O) 4 ]SO 4 ·H 2 O CuSO 4 ·3H 2 O CuSO 4 ·H 2 O CuSO 4 4. Reaktionen mit Wasser

29 Reaktionsgleichung: 0 +I +I 0 2 Na (s) + 2 H 2 O  2 Na + (aq) + 2 OH - (aq) + H 2 (g)   alkalisch Phenolphthalein färbt sich violett V7: Reaktion mit Natrium

30 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

31 5.1 Täglicher Verbrauch: Aufteilung des täglichen Trinkwasserverbrauchs in Deutschland pro Einwohner Toilettenspülung46 L Baden, Duschen44 L Wäschewaschen17 L Körperpflege9 L Geschirrspülen9 L Garten bewässern6 L Auto waschen3 L Kochen, Trinken3 L Sonstiges8 L

32 5.2 Wasseraufbereitung Entfernung suspendierter Teilchen Siebung, Sedimentation, Flockung, Filtration Entölung Aktivkohlefilter Entfernung unerwünschter Ionen Ionenaustauscher, Umkehrosmose 5. Umwelt und Wasseraufbereitung

33 5.3 Energie aus Wasser und Wasserstoff Walchensee-Kraftwerk 5. Umwelt und Wasseraufbereitung

34 5.3 Energie aus Wasser und Wasserstoff Wasserstoffauto 5. Umwelt und Wasseraufbereitung

35 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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