Tudományos kutatásmódszertani, elemzési és közlési ismeretek modul a g zG d á s lk tn o u im y e rI.ö K
Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei É S IÖ c E V K M Z T N R Á L D O Y G A
KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI MÉRNÖKI MSc
7. Lecke A vízmolekula
A vízmolekula szerkezete . . x
H
.
.
O
. . x
H
A vízmolekula két hidrogénatomból és egy oxigénatomból felépülı molekula, melyek 104,5°-os kötésszöget zárnak be. A vízmolekulában a hidrogénatomok poláros kovalens kötéssel kapcsolódnak az oxigénatomhoz. A hidrogén felıli oldalon relatív elektronhiány (pozitív töltés), míg az oxigén felıli oldalon relatív elektrontöbblet (negatív töltés) lép fel.
Dipólus kötés, fürt elrendezés + + + +
-
+
+
-
+
-+ -
-
+
+
-
+
-
+
-
-
-
+
+
+
-
+
-
-
A szomszédos vízmolekulák között fellépı, a H és O elektronegativitás különbségébıl eredı kötések egy lazább „cluster” (fürt) elrendezést eredményeznek
H-hídkötés a víztestben Hx
H
Hx
x
. . .. O. .
Hx
x
. .
H
.. O..
H
.. O..
Hx hidrogén-híd kötés
x
. .
x
. .
H
hidrogén-híd kötés
.. O..
Hx
H
x
. . .. O. .
Ha a molekula következı feltételeknek megfelel, úgy hidrogén-híd kötések jönnek létre:
• •
nagy elektronegativitású atomhoz (F,O,N) közvetlen kapcsolódó H-atom, nemkötı elektronpár szintén nagy EN-ú atomon.
A víz fizikai tulajdonságai A víz fizikai tulajdonságai összehasonlítva más vegyületek megfelelı tulajdonságaival, nagyfokú eltéréseket mutatnak. A víz és egyéb, a vízhez hasonló szerkezettel rendelkezı, más vegyületek forráspontjának értékei: A vegyület neve
Vegyjel
Forráspont (˚C)
metán
CH4
- 164
ammónia
NH3
- 33,4
kén-hidrogén
SH2
- 60,31
sósav
ClH
- 85,0
víz
OH2
+ 100 !!
A vízhez hasonló szerkezető molekulák forráspontja A táblázat adataiból jól látszik, hogy a víz forráspontja a többi vegyülethez viszonyítva rendkívül magas. Az említett vegyületek között a víz az egyetlen, amely szobahımérsékleten nem gáz halmazállapotú
Párolgáshı A párolgáshı (forráshı) azt az energiamennyiséget adja meg, amelyet közölnünk kell 1 g folyadék halmazállapotú anyaggal a forráspontján ahhoz, hogy gáz halmazállapotúvá alakuljon. A víz párolgáshıje: 537 cal/g (100C°-on 40,7KJ/mol, 25C°-on 44KJ/mol).
Fajhı A fajhı megmutatja, hogy 1 kg anyag 1 °Ckal történı melegítéséhez mennyi energia szükséges, azaz mennyivel nı az anyag belsı energiája. A fajhı jele: c. Mértékegysége: J kg°C A víz fajhıje 4,2 kJ kg°C , tehát míg a hımérséklete 1 °C -kal emelkedett, addig az energiája 4,2 kJ-lal nıtt.
Olvadáshı Az olvadáshı, egységnyi mennyiségő anyagnak állandó hımérsékleten – az olvadásponton – és állandó nyomáson történı megolvadásához szükséges hıenergia. Az egységnyi anyagmennyiségre vonatkozó moláris olvadáshı mértékegysége a kJ/mol. Víz esetén 0C°-os jégnek 0C°-os vízzé való felolvasztására fordított energiáról van szó. A víz olvadáshıje: 6KJ/mol).
A víz, mint oldószer • Az oldódás során az oldott anyag elméletileg molekuláris szinten „oszlik el” az oldószerben. • Oldott anyag: az oldatnak az a komponense, amelyiknek az oldószernél kisebb mennyiségben van jelen az oldatban. Az oldódás során alapelv, hogy a „hasonló anyag jobban oldódik a hozzá hasonló oldószerben”. A hasonlóság itt arra utal, hogy az oldószer illetve az oldott anyag poláros vagy apoláros. • A víz poláros anyag, tehát a poláros és ionos jellegő anyagok oldódnak jól a vízben. Ez igaz a gáznemő anyagok, a folyadékok és a szilárd anyagok vízben való oldódására egyaránt.
Gázok oldódása vízben Vízben jól oldódó gázok (polárosak)
Vízben rosszul oldódó gázok (apolárosak)
Vízben közepesen oldódó gázok
CO2
H2
H2S
NH3
O2
Cl2 (reakcióba lép a vízzel)
N2
F2
CH4
SO2
CH3-CH3
NOx (NO2, NO)
N2O
Egyes gázok oldódása vízben •
• • •
A klór oldódásának különös jelentısége van, hiszen ez a folyamat játszódik le az egyik legfontosabb vízkezelési lépésnél, az ivóvíz fertıtlenítésnél. Az adagolt klórgáz a vízzel reakcióba lép, és a keletkezett hipoklóros-sav játszik szerepet a baktériumok hatástalanításában. A reakcióegyenlet a következı: Cl2 + H2O HCl + HOCl A fluorral is ugyanez a helyzet, mint a klórral; az oldódás egyensúlyi folyamatként megy végbe, tehát a vízben meghatározott mennyiségő gáz is jelen van. A kén-dioxid (SO2) és nitrogén-oxidok (NOx) jól oldódnak a vízben és reakcióba is lépnek a vízzel. Az oxigén meglehetısen rosszul oldódik vízben, amelynek a vízi élıvilág számára különös jelentısége van.
Kérdések a leckéhez • A vízmolekula szerkezete • A víz mint oldószer • Szilárd anyagok és gázok oldódása vízben
KÖSZÖNÖM FIGYELMÜKET!
