Dichteanomalie des Wassers

Fach Chemie

Klasse 10

Autor Larissa345

Veröffentlicht am 01.06.2018

Schlagwörter

Dichteanomalie des Wassers

Zusammenfassung

Dieses Chemie Referat beschäftigt sich mit der Dichteanomalie des Wassers. Weitere Nebenthemen sind die Oktettregel, das EPA Modell, Elektronegativität und das Element Wasser. Was ist die Dichteanomalie des Wassers und was haben die Wasserstoffbrückenbindungen damit zu tun?

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Die Oktettregel

Die Oktettregel besagt, dass alle Edelgase (außer Helium) die Valenzschale mit acht Valenzelektronen voll besetzt haben. Wenn der Edelgaszustand erreicht wird, nennt man dies die Edelgaskonfiguration.

Die Edelgase sind die chemischen Elemente aus dem Periodensystem, die sich in der achten Hauptgruppe befinden.

Eine Art der Elektronenpaarbindung ist die Mehrfachbindung. Hierbei sind zwei Atome miteinander durch ein Elektronenpaar verbunden. Die Mehrfachbindung wird in die Doppelbindung und die Dreifachbindung differenziert.

EPA-Modell
Die Abkürzung EPA steht für Elektronenpaar-Abstoßungs-Modell. Dazu gehört auch das Methan (CH4) Es besteht aus einem Kohlenstoffatom und vier Wasserstoffatomen. In der Mitte befindet sich das Kohlenstoffatom. In einem 90 Grad Winkel sind die vier Wasserstoffatome in gleichem Abstand um den Kohlenstoff angeordnet.
Das EPA-Modell formt sich zu einem Tetraeder, denn die einzelnen Elektronenpaare stoßen sich gegenseitig ab. Sie nehmen den größtmöglichen Abstand zueinander ein, wie bei einer Elektronenwolke, deshalb sind sie Substituenten. Um den Atomkern herum sind die Valenzelektronen paarweise angeordnet. Die Elektronenwolken sind negativ geladen. Durch die gleiche Ladung stoßen sie sich gegenseitig ab.
Wenn das Molekül nicht aus fünf Atomen besteht, wird es als unvollständig bezeichnet. Dazu gehört auch das Wasserstoffmolekül. Die Elektronen stoßen sich gegenseitig voneinander ab. Dadurch entsteht die geometrische Form des Tetraeders.
Wenn das Molekül nicht aus fünf Atomen besteht, fehlt mindestens ein Atom. Dann schiebt sich ein Elektronenpaar dazwischen.
Schwefeldioxid: O=S=O
Kohlenstoffdioxid: O=C=O

Elektronegativität:

EN>1,7 Ionenbindung
EN<1,7 Atombindung EN >0<0,5 unpolar EN>0,5>1,7 polar

H2O zwei Wasserstoffatome und ein Sauerstoffatom
Elektronegativitätsdifferenz: 1,4 entspricht einer polaren Atombindung

H2 zwei Wasserstoffatome
Elektronegativitätsdifferenz: 0 entspricht einer unpolaren Atombindung

NaCl ein Natriumatom und ein Chloratom
Elektronegativitätsdifferenz: 2,1 entspricht einer Ionenbindung

Wasserstoffbrückenbindung
Die Anziehung verläuft von negativ zu positiv. Diese Bindung ist nur fünf Prozent so stark, wie die kovalente Bindung. Bei der Wasserstoffbrückenbindung handelt es sich um eine Anziehung. Um eine negative und positive Ladung zu erreichen braucht man eine polare Atombindung (Teilladung), eine freies Elektronenpaar und einen positiv geladenen Wasserstoff. Die Wasserstoffbrückenbindung gehört zu den Van der Waals Kräften. Genauso wie die Dipol-Dipol Wechselwirkung.

H2O Wassermolekül
Es besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatomen.
Dieses Element kann drei Aggregatzustände annehmen: Fest, flüssig und gasförmig.
Wenn das H2O Von fest zu flüssig wird, verdampft es. Dies kennt man z.B. beim Kochen von Nudeln. Vom gasförmigen zum festen Zustand resublimiert das Wasser. Von Fest nach Flüssig schmilzt das Wasser, wie der Schnee in der Sonne. Wenn flüssiges Wasser erstarrt erreicht es vom flüssigen Zustand, den festen Zustand. Von gasförmig zu fest nennt man den Vorgang resublimieren. Von gasförmig nach flüssig nennt man den Vorgang kondensieren.

Eigenschaften von Wasser:

  • Geruchslos
  • Geschmackslos
  • Farblos
  • Elektrisch leitfähig
  • Gelöste Stoffe

Wasserarten:

  • Trinkwasser
  • Meerwasser
  • Quellwasser
  • Destilliertes Wasser
  • Regenwasser
  • Grundwasser
  • Süßwasser
  • Salzwasser
  • Oberflächenwasser

Die Dichteanomalie des Wassers
Die Wasserdichte berechnet man mit der Formel m:v. Die Wasserdichte ist eine charakteristische Stoffeigenschaft. Sie wurde von Archimedes entdeckt. Durch das Volumen des Körpers wird das Wasser verdrängt. Die Stoffe, die eine geringere Dichte als das Wasser haben, schwimmen auf dem Wasser.
Die drei Aggregatzustände des Wassers sind: fest, flüssig und gasförmig.
Wenn der Aggregatzustand von fest zu flüssig wechselt, nimmt die Dichte ab und das Volumen zu. Die Dichte wird höher, desto geringer die Temperatur ist. Umso höher die Temperatur, desto geringer die Dichte. Auslöser für die Dichteanomalie des Wassers sind die maximal vier Wasserstoffbrücken. Die Anomalie des Wassers besagt, dass die Temperatur am Grund des Sees immer 4 Grad Celsius beträgt. Dieses ist nützlich für die Bewohner des Sees. Dies können nur in „flüssigen“ Wasser überleben.

Beispiel im Winter:
Die Außentemperatur beträgt an diesem Tag -20 Grad Celsius. Noch beträgt die Temperatur an der Wasseroberfläche +20 Grad Celsius. Das Wasserteilchen kühlt durch die kalte Außentemperatur ab und sinkt auf den Boden. Dort sind es genau vier Grad Celsius. Nun steigt das Wasserteilchen wieder an die Wasseroberfläche auf und es bilden sich Eiskristalle.

Beispiel im Sommer:
Die Außentemperatur beträgt +20 Grad Celsius. Noch beträgt die Temperatur an der Wasseroberfläche 0 Grad Celsius. Das Wasserteilchen erwärmt sich und sinkt auf den Boden. Dort wird es wärmer. Auf dem Boden sind es konstant vier Grad Celsius. Hier erwärmt es sich weiter und steigt wieder an die Wasseroberfläche, wo die Sonne das Wasser erhitzt. Die Temperatur an der Wasseroberfläche beträgt 20 Grad Celsius.

Zwischen den einzelnen Wassermolekülen, bilden sich Wasserstoffbrücken. Umso wärmer das Wasser wird, desto mehr bewegen sich die Moleküle. Wird das Wasser zu sehr erwärmt, bewegen sich die Wassermoleküle so schnell, dass sich Wasserstoffbrückenbindungen lösen. Umso kälter das Wasser ist, desto weniger bewegen sich die H2O- Moleküle. Die optimale Temperatur für eine stabile Wasserstoffbrückenbindung liegt bei vier Grad Celsius. Daher ist die Dichte dort am Höchsten. Liegt die Wassertemperatur unter vier Grad Celsius, bewegen sich die Wassermoleküle so langsam, dass sich die gelösten Wasserstoffbrückenbindungen nicht schnell genug wieder neu bilden können. Das kältere Wasser schwimmt wegen der Dichte darüber. So können sich die Eiskristalle auf der Wasseroberfläche befinden. Das gefrorene Eis hat eine geringere Dichte als das flüssige Wasser. Man selbst kann die Anomalie auch beim Schwimmen bemerken. In einem See sind die unteren Schichten kälter.