Es ist flssig Es ist klar Es riecht

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

Wasser H 2 O Ein nicht allzu trockenes Thema!

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

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

1. Allgemeines und Historisches 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 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 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 1. 3 Entlarvung der Verbindung Wasser Lavoisier, 1784 erkannte: Wasser ist ein Oxid. 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)

1. Allgemeines und Historisches V 1: Zersetzung von Wasser Reaktionsgleichung: 0 +I +II 0 Mg(s) + H 2 O(g) Mg. O(s) + H 2 (g)

2. Das Wassermolekül V 2: 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 Wasser besteht aus Wasserstoff und Sauerstoff im Verhältnis: 2: 1

2. Das Wassermolekül V 2 a+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 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° Laut VSEPR-Theorie: freie Elektronenpaare des Sauerstoffs benötigen mehr Platz Verkleinerung des HOH-Winkels

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

2. Das Wassermolekül D 1: Ablenkung eines Wasserstrahls

3. Eigenschaften 3. 1 Allgemeine Eigenschaften – Schmelz- und Siedepunktsanomalie (0°C/100°C)

3. Eigenschaften Wasserstoffbrückenbindung Energie: 21 k. J/mol

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

3. Eigenschaften D 2: Schwimmen einer Büroklammer Oberflächenspannung Wasserstoffbrückenbindungen Grenzflächenaktive Substanzen (z. B. Tenside) können diese herabsetzen. Die Klammer geht unter!

3. Eigenschaften 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 3. 3 Löslichkeit von Salzen und Gasen 3. 3. 1 Salze

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

3. Eigenschaften Demonstration 3: 3. 3. 2 Gase

3. Eigenschaften V 4: Leitfähigkeitsmessung (a) Entionisiertes Wasser (b) Leitungswasser (c) Salz (d) Salzlösung H 2 O Na. Cl(s) Na+ (aq) + Cl - (aq)

3. Eigenschaften 3. 4 Leitfähigkeit Durch Elektrolyte, hier die gelösten Ionen Träger des elektrischen Stroms: Ionen – Kationen zur Kathode (negativ) – Anionen zur Anode (positiv)

3. Eigenschaften 3. 5 Wasser definiert den p. H-Wert Definition: p. H = -log [c(H 3 O+)] Wasser hat p. H 7, d. h. c(H 3 O+) = 10 -7 mol/L Autoprotolyse des Wassers: 2 H 2 O H 3 O+(aq) + OH-(aq) Durch Lösen von Salzen kann sich der p. H-Wert ändern.

3. Eigenschaften V 5: p. H-Wert (a) Lösen von Na. HSO 4 - Na+ Na. HSO 4(s) (aq) + HSO 4 (aq) 2 HSO 4 (aq) + H 2 O SO 4 (aq) + H 3 O+(aq) Säure 1 Base 2 Base 1 Säure 2 sauer (b) Lösen von Na 2 CO 3(s) 2 Na+(aq) + CO 32 -(aq) + H 2 O HCO 3 -(aq) +OH-(aq) Base 1 Säure 2 alkalisch Säure 1 Base 2

4. Reaktionen mit Wasser V 6: 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 Cu. SO 4· 3 H 2 O Cu. SO 4·H 2 O Cu. SO 4

4. Reaktionen mit Wasser V 7: Reaktion mit Natrium Reaktionsgleichung: 0 +I 2 Na(s) + 2 H 2 O 2 +I Na+ 0 - (aq) + 2 OH (aq) + H 2 (g) alkalisch Phenolphthalein färbt sich violett

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

5. 1 Täglicher Verbrauch: Aufteilung des täglichen Trinkwasserverbrauchs in Deutschland pro Einwohner Toilettenspülung Baden, Duschen Wäschewaschen Körperpflege Geschirrspülen Garten bewässern Auto waschen Kochen, Trinken Sonstiges 46 L 44 L 17 L 9 L 9 L 6 L 3 L 3 L 8 L

5. Umwelt und Wasseraufbereitung 5. 2 Wasseraufbereitung Entfernung suspendierter Teilchen Siebung, Sedimentation, Flockung, Filtration Entölung Aktivkohlefilter Entfernung unerwünschter Ionenaustauscher, Umkehrosmose

5. Umwelt und Wasseraufbereitung 5. 3 Energie aus Wasser und Wasserstoff Walchensee-Kraftwerk

5. Umwelt und Wasseraufbereitung 5. 3 Energie aus Wasser und Wasserstoffauto

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