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Einführung in die Physische Geographie Prof. Dr. Otto Klemm Teil Klima und Wasser 4. Wasser als Stoff.

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Präsentation zum Thema: "Einführung in die Physische Geographie Prof. Dr. Otto Klemm Teil Klima und Wasser 4. Wasser als Stoff."—  Präsentation transkript:

1 Einführung in die Physische Geographie Prof. Dr. Otto Klemm Teil Klima und Wasser 4. Wasser als Stoff

2 Wasser spielt in Ökosystemen jeglicher Art eine extrem wichtige Rolle, weil: flüssiges Wasser eine vitale Voraussetzung für das Leben darstellt mit Wasser viele andere Stoffe (Nährstoffe, Schadstoffe, …) transportiert werden Wasserdampf ein bedeutendes natürliches Treibhausgas ist Phasenübergänge des H 2 O große Mengen an Energie umsetzen

3 Wasser als Stoff 105 ° H2OH2O Quelle:Dingman, 1994 Wasser kommt auf der Erde in allen Phasen vor: fest, flüssig, gasförmig

4 Wasser als Stoff Quelle:Dingman, 1994 flüssiges Wasser (Wasserstoffbrückenbindung) festes Wasser (Wasserstoffbrückenbindung) Quelle: Strahler & Strahler, 1997

5 Zustandsdiagramm des Wassers Bildquelle: Barrow, Physikalische Chemie, 1984 (bzw. fast jedes andere Lehrbuch der Physikaischen Chemie möglich)

6 Quelle:Dingman, 1994 Wasserdampf flüssiges Wasser Eis Zustandsdiagramm des Wassers

7 Zustandsdiagramm des H 2 O (Phasendiagramm), in dem für die Meteorologie besonders interessanten Bereich Zustandsdiagramm des Wassers gas flüssig fest

8 Wasser als Stoff Quelle:Dingman, 1994 flüssiges Wasser Luft einige Wassermoleküle sind in der Luft im Gleichgewicht vorhanden es herrscht ein Gleichgewichts- Wasserdampfdruck über der ebenen Wasserfläche

9 Sättigungs-Dampfdruck – Kurve des Wassers gas flüssig fest

10 Sättigungs-Dampfdruck – Kurve des Wassers gas flüssig fest flüssig möglich (Abweichung vom Gleichgewicht)

11 Sättigungs-Dampfdruck – Kurve des Wassers diese Kurve wird beschrieben durch die Formel nach Clausius Clapeyron: bzw. näherungsweise durch die Magnus- Formel: e*: Sättigungs-Wasserdampfdruck; L: Verdampfungswärme T: Temperatur in K; t: Temperatur in °C Phaset (°C)C 1 / hPaC2C2 C 3 / °C Eis< Wasser< Wasser>

12 Wasserdampf in der Luft Sättigungskurven für den Wasserdampfgehalt in Luft über flüssigem Wasser (Gleichgewichts-Kurve). Die Linie entspricht einer relativen Luftfeuchte von 100 %

13 Wasserdampf in der Luft die relative Luftfeuchte rF ist das Verhältnis aktueller Feuchtgehalt / maximal möglicher Fuchtegehalt bzw. Wasserdampfdruck / Sättigungsdampfdruck 87 % 50 % 100 % 87 %

14 Dichte des flüssigen Wassers die Dichte des Wassers bei 0 °C beträgt fast 1 kg dm -3 Berechnung nach Paul 1985:

15 Dichte des flüssigen Wassers durch die Dichteanomalie des Wassers ist die Dichte bei 4 °C am größten Eis (ohne Lufteinschluss) hat bei 0 °C eine Dichte von g dm -3 Berechnung nach Paul 1985:

16 physikalische Eigenschaft, flüssiges Wasser GrößeKürzelWertEinheitBemerkung Dichte 1 g cm -3 beachte Dichteanomalie! spezifische Wärmekapazität cpcp 4216J kg -1 K -1 Verdampfungs- wärme L 2, J kg bei 0 °C 2.26 bei 100 °C Schmelzwärme 3, J kg -1 Oberflächen- spannung 0,076N m -1 = J m -2 bei 0 °C

17 physikalische Eigenschaften des Wassers Bemerkungen Wasser ist der Stoff mit der größten spezifischen Wärmeenergie überhaupt man benötigt mehr als die 5-fache Energie, um Wasser zu verdampfen als es von 0 °C auf 100 °C zu erwärmen. man benötigt mehr als die 6-fache Energie, um Wasser zu verdampfen als es zu schmelzen auch Sublimation (direkter Übergang aus der Festphase in die Gasphase und umgekehrt) ist möglich

18 Eigenschaften des Wassers flüssiges Wasser ist ein Lösungmittel für ein Salz A m B n ist das Löslichkeitsprodukt K s gegeben als: Säure- / Base – Eigenschaften Wasser dissoziiert in H + und OH -, ist also eine Säure und Base zugleich. eckige Klammern geben Konzentrationen an (der Unterschied zwischen Konzentrationen und Aktivitäten wird hier vernachlässigt). m und n sind die Ladungszahlen der Ionen. Über einer festen Phase des Salzes stellt sich in Lösungen Konzentationen von A und B ein, die die Bedingung des Löslichkeitsprodukts darstellen. K s ist abhängig von T.

19 Eigenschaften des Wassers Gase lösen sich physikalisch in Wasser die Gaslöslichkeit wird mit der Henry – Konstante K H K H X ist die Henry – Konstante für das Gas X, Einheit typischerweise mol l -1 hPa -1 p ist der Partialdruck des Gases in der Luft (über der wässrigen Phase) Einheit: hPa die Löslichkeit eines Gases in Wasser nimmt mit sinkender Temperatur zu Beispiel: die Löslichkeit des Sauerstoff in Wasser bei 25 °C entspricht:


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