Good Mood

Vand er det kemiske stof med den kemiske formel H
2O; et molekyle af vand har to hydrogenatomer kovalent bundet til et enkelt ilt-atom.Vand er en smagløs, lugtfri væske ved omgivelsestemperatur og tryk. Flydende vand har svage absorptionsbånd ved bølgelængder på omkring 750 nm, hvilket får det til at se ud til at have en blå farve. Dette kan let observeres i et vandfyldt bad eller håndvask, hvis foring er hvid. Store iskrystaller, som i gletschere, vises også blå.,

under standardbetingelser er vand primært en væske, i modsætning til Andre analoge hydrider af iltfamilien, som generelt er gasformige. Denne unikke egenskab af vand skyldes hydrogenbinding. Vandmolekylerne bevæger sig konstant om hinanden, og brintbindingerne bryder og reformerer konstant på tidspunkter hurtigere end 200 femtosekunder (2 10-1 10-13 sekunder).Disse bindinger er imidlertid stærke nok til at skabe mange af de særlige egenskaber ved vand, hvoraf nogle gør det integreret i livet.,

vand, is og vapourEdit

inden for Jordens atmosfære og overflade er væskefasen den mest almindelige og er den form, der generelt betegnes med ordet “vand”. Den faste fase af vand er kendt som is og tager ofte strukturen af hårde, amalgamerede krystaller, såsom isterninger, eller løst akkumulerede granulære krystaller, som sne. Bortset fra almindelig sekskantet krystallinsk is er andre krystallinske og amorfe faser af IS kendt. Den gasformige fase af vand er kendt som vanddamp (eller damp)., Synlig damp og skyer dannes fra små dråber vand suspenderet i luften.

vand danner også en superkritisk væske. Den kritiske temperatur er 647 K og det kritiske tryk er 22.064 MPa. I naturen forekommer dette kun sjældent under ekstremt fjendtlige forhold. Et sandsynligt eksempel på naturligt forekommende superkritisk vand er i de varmeste dele af dybe vand hydrotermiske ventilationskanaler, hvor vandet opvarmes til den kritiske temperatur af vulkanske Plumer, og det kritiske tryk er forårsaget af havets vægt på de ekstreme dybder, hvor ventilationshullerne er placeret., 2200 meter: meget mindre end Havets gennemsnitlige dybde (3800 meter).

varmekapacitet og opvarmer fordampning og fusionEdit

Vand har en meget høj specifik varmekapacitet for 4181.4 J/(kg·K) ved 25 °C – det næsthøjeste blandt alle de heteroatomic arter (efter ammoniak), samt en høj varme af fordampning (40.,65 kJ/mol eller 2257 kJ / kg ved det normale kogepunkt), som begge er et resultat af den omfattende hydrogenbinding mellem dets molekyler. Disse to usædvanlige egenskaber tillader vand at moderere Jordens klima ved at buffer store udsving i temperaturen. Det meste af den ekstra energi, der er lagret i klimasystemet siden 1970, er akkumuleret i oceanerne.

den specifikke enthalpi af fusion (mere almindeligt kendt som latent varme) af vand er 333.,55 kJ/kg ved 0 °C: den samme mængde energi, der kræves for at smelte is som til at opvarme isen fra -160 °C op til dets smeltepunkt eller til at opvarme den samme mængde vand ved omkring 80 °C. Af almindelige stoffer, kun at ammoniak er højere. Denne egenskab giver modstand mod smeltning på isen af gletsjere og drivis. Før og siden fremkomsten af mekanisk køling, is var og stadig er i almindelig brug for at forsinke mad fordærv.

den specifikke varmekapacitet af is ved -10.C er 2030 J/(kg·K)og varmekapaciteten af damp ved 100. C er 2080 J / (kg·K).,

Densitet af vand og iceEdit

Den massefylde af vandet er omkring 1 gram per kubikcentimeter (62 lb/cu ft): dette forhold blev oprindeligt brugt til at definere gram. Densiteten varierer med temperaturen, men ikke lineært: når temperaturen stiger, stiger densiteten til en top ved 3, 98.C (39, 16. F) og falder derefter; dette er usædvanligt. Regelmæssig, sekskantet is er også mindre tæt end flydende vand – ved frysning falder vanddensiteten med omkring 9%.,

disse virkninger skyldes reduktionen af termisk bevægelse med afkøling, hvilket gør det muligt for vandmolekyler at danne flere hydrogenbindinger, der forhindrer molekylerne i at komme tæt på hinanden. Mens brud på hydrogenbindinger på grund af opvarmning under 4 C C tillader vandmolekyler at pakke tættere på trods af stigningen i den termiske bevægelse (som har tendens til at udvide en væske), udvides vand over 4.C, når temperaturen stiger. 4% mindre tæt end vand ved 4.c (39. f).,

under stigende tryk gennemgår is et antal overgange til andre polymorfer med højere densitet end flydende vand, såsom IS II, is III, amorf is med høj densitet (HDA) og amorf is med meget høj densitet (VHDA).,

Den usædvanlige tæthed kurve og lavere tæthed af isen end over vand er afgørende for livet—hvis vand var tæt på frysepunktet, så i vinteren meget koldt vand på overfladen af søer og andre vandområder ville synke, søer kan fryse op fra bunden, og alt liv i dem, ville blive dræbt. I betragtning af at vand er en god termisk isolator (på grund af dens varmekapacitet), kan nogle frosne søer muligvis ikke optø helt om sommeren., Islaget, der flyder ovenpå, isolerer vandet nedenfor. 4 C c (39.f) også synker til bunden, således at temperaturen af vandet i bunden konstant (se diagram).

Tæthed af saltvand og iceEdit

tætheden af saltvand afhænger af opløst saltindhold samt temperatur. Is flyder stadig i oceanerne, ellers ville de fryse fra bunden opad. Saltindholdet i oceaner sænker imidlertid frysepunktet med omkring 1.,9 C C (Se her for forklaring) og sænker temperaturen på den maksimale tæthed af vand til det tidligere frysepunkt ved 0.C. Dette er grunden til, at den nedadgående konvektion af koldere vand i havvand ikke blokeres af en udvidelse af vand, da det bliver koldere nær frysepunktet. Havenes kolde vand nær frysepunktet fortsætter med at synke. Så væsener, der lever i bunden af kolde oceaner som det Arktiske Hav, lever generelt i vand 4.C koldere end i bunden af frosne ferskvand søer og floder.

som overfladen af saltvand begynder at fryse (ved -1.,9 C C for normal saltholdighed havvand, 3.5%) isen, der dannes, er i det væsentlige saltfri, med omtrent samme tæthed som ferskvandsis. Denne is flyder på overfladen, og saltet, der er “frosset ud”, tilføjer saltholdigheden og densiteten af havvandet lige under det, i en proces kendt som saltvandsafvisning. Denne tættere saltvand dræn ved konvektion og udskiftning havvand er underlagt den samme proces. Dette producerer i det væsentlige ferskvandsis ved -1, 9.C på overfladen. Den øgede tæthed af havvandet under den dannende is får det til at synke ned mod bunden., I stor skala resulterer processen med saltvandsafvisning og synkende koldt saltvand i havstrømme, der dannes for at transportere sådant vand væk fra polerne, hvilket fører til et globalt system af strømme kaldet termohalincirkulationen.

Blandbarhed og condensationEdit

Vand er blandbar med mange væsker, herunder ethanol i alle forhold., Vand og de fleste olier er ublandbare, der normalt danner lag i henhold til stigende densitet fra toppen. Dette kan forudsiges ved at sammenligne polariteten. Vand, der er en relativt polær forbindelse, vil have en tendens til at være blandbar med væsker med høj polaritet, såsom ethanol og acetone, hvorimod forbindelser med lav polaritet vil have en tendens til at være blandbare og dårligt opløselige, såsom med kulbrinter.

som en gas er vanddamp fuldstændig blandbar med luft., På den anden side er det maksimale vanddamptryk, der er termodynamisk stabilt med væsken (eller det faste stof) ved en given temperatur, relativt lavt sammenlignet med det samlede atmosfæriske tryk.For eksempel, hvis dampens partialtryk er 2% af atmosfærisk tryk, og luften afkøles fra 25.C, starter ved omkring 22. C, vil vandet begynde at kondensere, definere dugpunktet og skabe tåge eller dug. Den omvendte proces tegner sig for tågen, der brænder ud om morgenen., Hvis fugtigheden øges ved stuetemperatur, for eksempel ved at køre et varmt brusebad eller et bad, og temperaturen forbliver omtrent den samme, når dampen snart trykket for faseændring og kondenserer derefter ud som små vanddråber, ofte benævnt damp.

En mættet gas eller en med 100% relativ luftfugtighed er, når damptryk af vand i luften, er i ligevægt med damp pres på grund af (flydende) vand; vand (eller is, hvis det er cool nok) vil fejle, for at tabe masse gennem fordampning, når de udsættes for mættet luft., Fordi mængden af vanddamp i luften er lille, relativ fugtighed, forholdet mellem partialtrykket på grund af vanddampen og det mættede partielle damptryk, er meget mere nyttigt.Damptryk over 100% relativ luftfugtighed kaldes supermættet og kan forekomme, hvis luften hurtigt afkøles, for eksempel ved pludselig at stige i en updraft.,

Damp pressureEdit

CompressibilityEdit

kompressionsevne af vand er en funktion af tryk og temperatur. Ved 0.C, ved grænsen for nultryk, er kompressibiliteten 5,1 10 10-10 Pa−1. Ved nultryksgrænsen når kompressibiliteten mindst 4.4 10 10-10 Pa-1 omkring 45.C, før den øges igen med stigende temperatur., Når trykket øges, falder kompressibiliteten, idet den er 3,9 10 10-10 Pa-1 ved 0.C og 100 megapascals (1.000 bar).

bulkmodulet af vand er omkring 2,2 GPA. Den lave komprimerbarhed af ikke-gasser og især vand fører til, at de ofte antages at være inkomprimerbare. Den lave kompressionsevne af vand betyder, at selv i de dybe oceaner på 4 km dybde, hvor presset er 40 MPa, der er kun en 1,8% fald i volumen.,

Triple pointEdit

temperaturen og trykket, ved hvilket almindeligt fast, flydende og gasformigt vand sameksisterer i ligevægt, er et tredobbelt vandpunkt., Siden 1954 var dette punkt blevet brugt til at definere basisenheden for temperatur, kelvin, men fra 2019 defineres kelvin nu ved hjælp af Bolt .mann-konstanten snarere end det tredobbelte vandpunkt.

På grund af eksistensen af mange polymorfer (former) af IS har vand andre tredobbelte punkter, som enten har tre polymorfer af is eller to polymorfer af is og væske i ligevægt. Gustav Heinrich Johann Apollon Tammann i G .ttingen producerede data om flere andre tredobbelte punkter i begyndelsen af det 20.århundrede. Kamb og andre dokumenterede yderligere tredobbelte punkter i 1960 ‘ erne.,

De forskellige tredobbelt point af vand

Faser i stabil ligevægt	Pres	Temperatur
flydende vand, is Ih, og vanddamp	611.657 Pa	273.16 K (0.01 °C)
flydende vand, is Ih, og is III	209.9 MPa	251 K (-22 °C)
flydende vand, is III, og is V	350.1 MPa	-17.0 °C
flydende vand, is V, og is VI	632.4 MPa	0.,16 °C
is Ih, Is II, og is III	213 MPa	-35 °C
is II, is III, og is V	344 MPa	-24 °C
is II, is V, og is, VI	626 MPa	-70 °C

Smelte pointEdit

smeltepunktet for is er 0 °C (32 °F; 273 K) på standard-tryk; dog, ren flydende vand kan være underafkølede et godt stykke under, at temperaturen uden at fryse, hvis væsken er ikke mekanisk forstyrret., Det kan forblive i en flydende tilstand ned til sin homogene kernedannelse punkt på omkring 231 K (-42; C; -44.f). Smeltepunktet for almindelige sekskantede isen falder lidt under moderat højt tryk, ved 0.0073 °C (0.0131 °F)/atm eller omkring 0,5 °C (0.90 °F)/70 atm som stabilisering energi af hydrogen binding er overskredet med intermolekylære frastødning, men som is omdannes til sin polymorfer (se krystallinsk states of ice) ovenfor 209.9 MPa (2,072 atm), smeltepunkt stiger markant med tryk, dvs, at nå 355 K (82 °C) på 2.216 GPa (21,870 atm) (triple point of Ice VII).,

elektriske egenskaberedit

elektrisk ledningsevnedit

rent vand, der ikke indeholder eksogene ioner, er en fremragende isolator, men ikke engang “deioniseret” vand er helt fri for ioner. Vand gennemgår auto-ionisering i flydende tilstand, når to vandmolekyler danner en hydro .idanion (OH−
) og en hydroniumkation (h
3O+
).

fordi vand er et så godt opløsningsmiddel, har det næsten altid noget opløst stof opløst i det, ofte et salt., Hvis vand endda har en lille mængde af en sådan urenhed, kan ionerne bære ladninger frem og tilbage, så vandet kan lede elektricitet langt lettere.

Det er kendt, at den teoretiske maksimale elektriske resistivitet for vand er ca 18.2 MΩ·cm (182 kΩ·m) ved 25 °C. Dette tal stemmer godt overens med, hvad der er typisk set på omvendt osmose, ultra-filtreret og demineraliseret ultra-rent vand-systemer, der bruges, for eksempel, i halvleder-fabrikker., Et salt eller syre forurenende niveau, som overstiger selv 100 parts per billion (ppt) i ellers ultra-rent vand begynder at mærkbart lavere modstand med op til flere kΩ·m.

I rent vand, følsomme udstyr, der kan registrere en meget svag elektrisk ledningsevne af 0.05501 ± 0.0001 µS/cm ved 25.00 °C. Vand kan også være electrolyzed til ilt og brint gasser, men i mangel af opløste ioner dette er en meget langsom proces, som er meget lidt strøm er gennemført. I is er de primære ladningsbærere protoner (se protonleder)., Is blev tidligere antaget at have en lille, men målbar ledningsevne på 1 10 10-10 s / cm, men denne ledningsevne menes nu at være næsten udelukkende fra overfladefejl, og uden dem er is en isolator med en umådeligt lille ledningsevne.

Polaritet og brint bondingEdit

En vigtig funktion af vand er dets polære karakter., Strukturen har en bøjet molekylær geometri for de to hydrogener fra O .ygenvertet. O oxygenygenatomet har også to ensomme par elektroner. En effekt, der normalt tilskrives de ensomme par, er, at h–O-h gasfasebøjningsvinklen er 104,48., hvilket er mindre end den typiske tetrahedrale vinkel på 109,47.. De ensomme par er tættere på O .ygenatomet end elektronerne sigma bundet til hydrogenerne, så de kræver mere plads. Den øgede afstødning af de ensomme par tvinger O–H-bindingerne tættere på hinanden.

en anden konsekvens af dens struktur er, at vand er et polært molekyle., På grund af forskellen i elektronegativitet peger et bindingsdipolmoment fra hver H til O, hvilket gør o .ygen delvist negativt og hvert brint delvist positivt. En stor molekylær dipol peger fra et område mellem de to hydrogenatomer til O .ygenatomet. Ladningsforskellene får vandmolekyler til at aggregere (de relativt positive områder tiltrækkes af de relativt negative områder). Denne attraktion, hydrogenbinding, forklarer mange af vandets egenskaber, såsom dets opløsningsmiddelegenskaber.,

selvom hydrogenbinding er en relativt svag tiltrækning sammenlignet med de kovalente bindinger i selve vandmolekylet, er det ansvarlig for flere af vandets fysiske egenskaber. Disse egenskaber inkluderer dens relativt høje smelte-og kogepunktstemperaturer: der kræves mere energi for at bryde hydrogenbindingerne mellem vandmolekyler. I modsætning hertil har hydrogensulfid (h
2S) meget svagere hydrogenbinding på grund af svovls lavere elektronegativitet. H
2S er en gas ved stuetemperatur, på trods af at hydrogensulfid har næsten det dobbelte af den molære masse vand., Den ekstra binding mellem vandmolekyler giver også flydende vand en stor specifik varmekapacitet. Denne høje varmekapacitet gør vand til et godt varmelagringsmedium (kølevæske) og varmeskjold.

Samhørighed og adhesionEdit

vandmolekyler bo tæt på hinanden (samhørighed), på grund af den kollektive aktioner af hydrogen-bindinger mellem vandmolekylerne., Disse hydrogenbindinger bryder konstant, med nye bindinger dannes med forskellige vandmolekyler; men på et hvilket som helst tidspunkt i en prøve af flydende vand holdes en stor del af molekylerne sammen af sådanne bindinger.

vand har også høje vedhæftningsegenskaber på grund af dets polære natur. På ekstremt rent / glat glas kan vandet danne en tynd film, fordi de molekylære kræfter mellem glas og vandmolekyler (klæbende kræfter) er stærkere end de sammenhængende kræfter.,I biologiske celler og organeller er vand i kontakt med membran-og proteinoverflader, der er hydrofile; det vil sige overflader, der har en stærk tiltrækning til vand. Irving Langmuir observerede en stærk frastødende kraft mellem hydrofile overflader. At dehydrere hydrofile overflader—for at fjerne de stærkt tilbageholdte lag af hydratiseringsvand-kræver et betydeligt arbejde mod disse kræfter, kaldet hydratiseringskræfter. Disse kræfter er meget store, men falder hurtigt over et nanometer eller mindre., De er vigtige inden for biologi, især når celler dehydreres ved udsættelse for tørre atmosfærer eller for ekstracellulær frysning.

Surface tensionEdit

Vand har en usædvanlig høj overfladespænding 71.99 mN/m ved 25 °C, som er forårsaget af styrken af hydrogen-bindinger mellem vandmolekylerne. Dette gør det muligt for insekter at gå på vand.

kapillær handlingrediger

fordi vand har stærke sammenhængende og klæbende kræfter, udviser det kapillær virkning., Stærk samhørighed fra hydrogenbinding og vedhæftning gør det muligt for træer at transportere vand mere end 100 m opad.

Vand som en solventEdit

vand er et fremragende opløsningsmiddel på grund af dets høje dielektriske konstant., Stoffer, der blandes og opløses i vand er kendt som hydrofile (“vand-elskende”) stoffer, mens de, der ikke blander godt med vand, er kendt som hydrofobe (“vand-frygt”) stoffer. Et stofs evne til at opløses i vand bestemmes af, om stoffet kan matche eller bedre de stærke attraktive kræfter, som vandmolekyler genererer mellem andre vandmolekyler. Hvis et stof har egenskaber, der ikke tillader det at overvinde disse stærke intermolekylære kræfter, udfældes molekylerne ud fra vandet., I modsætning til den almindelige misforståelse “afviser” vand og hydrofobe stoffer ikke, og hydratiseringen af en hydrofob overflade er energisk, men ikke entropisk, gunstig.

når en ionisk eller polær forbindelse kommer ind i vand, er den omgivet af vandmolekyler (hydrering). Den relativt lille størrelse af vandmolekyler (~ 3 Ångstrøm) tillader mange vandmolekyler at omgive et molekyle opløst stof. De delvist negative dipolender af vandet tiltrækkes af positivt ladede komponenter i det opløste stof og vice versa for de positive dipolender.,

generelt er ioniske og polære stoffer som syrer, alkoholer og salte relativt opløselige i vand, og ikke-polære stoffer som fedtstoffer og olier er ikke. Ikke-polære molekyler forbliver sammen i vand, fordi det er energisk mere gunstigt for vandmolekylerne til hydrogenbinding til hinanden end at engagere sig i van der .aals-interaktioner med ikke-polære molekyler.

Et eksempel på en ionisk opløst stof er bordsalt, den natriumchlorid, NaCl, adskiller i Na+
kationer og Cl−
anioner, der hver er omgivet af vandmolekyler., Ionerne transporteres derefter let væk fra deres krystallinske gitter til opløsning. Et eksempel på et nonionisk opløst stof er bordsukker. Vanddipolerne gør hydrogenbindinger med de polære områder af sukkermolekylet (OH-grupper) og tillader det at blive ført væk i opløsning.

Quantumuantum tunnelingEdit

quantumuantum tunneling dynamics i vand blev rapporteret allerede i 1992. På det tidspunkt var det kendt, at der er bevægelser, der ødelægger og regenererer den svage hydrogenbinding ved interne rotationer af substituenten vandmonomerer., Den 18. marts 2016 blev det rapporteret, at hydrogenbindingen kan brydes ved kvantetunneling i vandhe .amer. I modsætning til tidligere rapporterede tunnelbevægelser i vand involverede dette den samordnede brud på to hydrogenbindinger. Senere samme år blev opdagelsen af kvantetunneling af vandmolekyler rapporteret.

Elektromagnetisk absorptionEdit

Vand er relativt gennemsigtige for synligt lys, i nærheden af ultraviolet lys, og langt rødt lys, men det absorberer det meste af ultraviolet lys, infrarødt lys og mikrobølger., De fleste fotoreceptorer og fotosyntetiske pigmenter udnytter den del af lysspektret, der overføres godt gennem vand. Mikrobølgeovne drage fordel af vandets opacitet til mikrobølgestråling til at opvarme vandet inde i fødevarer. Vandets lyseblå farve skyldes svag absorption i den røde del af det synlige spektrum.