a víz a H
2o kémiai képlettel rendelkező kémiai anyag; egy vízmolekula két hidrogénatomot kovalensen kötődik egyetlen oxigénatomhoz.A víz szagtalan, szagtalan folyadék környezeti hőmérsékleten és nyomáson. A folyékony víznek 750 nm körüli hullámhosszon gyenge abszorpciós sávjai vannak, amelyek kék színűnek tűnnek. Ez könnyen megfigyelhető egy vízzel töltött fürdőben vagy mosdóban, amelynek bélése fehér. A nagy jégkristályok, mint a gleccserek, szintén kéknek tűnnek.,
normál körülmények között a víz elsősorban folyadék, ellentétben az oxigéncsalád más hasonló hidridjeivel, amelyek általában gáz halmazállapotúak. Ez a víz egyedülálló tulajdonsága a hidrogénkötésnek köszönhető. A vízmolekulák folyamatosan mozognak egymással szemben, a hidrogénkötések pedig folyamatosan törnek és reformálódnak 200 femtoszekundumnál (2×10-13 másodperc) gyorsabban.Ezek a kötések azonban elég erősek ahhoz, hogy a víz számos sajátos tulajdonságát megteremtsék, amelyek közül néhány az élet szerves részét képezi.,
víz, jég és vapourredit
a Föld légkörében és felszínén a folyékony fázis a leggyakoribb, és az a forma, amelyet általában a “víz”szó jelöl. A víz szilárd fázisát jégnek nevezik, és általában kemény, összeolvadt kristályok, például jégkockák vagy lazán felhalmozódott szemcsés kristályok, például hó szerkezetét veszi fel. A közönséges hatszögletű kristályos jégen kívül más kristályos és amorf jégfázisok is ismertek. A víz gáznemű fázisát vízgőznek (vagy gőznek) nevezik., A levegőben lebegő vízcseppekből látható gőz és felhők képződnek.
A Víz szuperkritikus folyadékot is képez. A kritikus hőmérséklet 647 K, a kritikus nyomás 22.064 MPa. A természetben ez csak ritkán fordul elő rendkívül ellenséges körülmények között. A természetben előforduló szuperkritikus víz valószínűleg a mélyvíz hidrotermális szellőzőnyílásainak legmelegebb részein található, ahol a vizet vulkanikus tollak melegítik a kritikus hőmérsékletre, és a kritikus nyomást az óceán súlya okozza a szélsőséges mélységekben, ahol a szellőzőnyílások találhatók., Ezt a nyomást körülbelül 2200 méter mélységben érik el: sokkal kisebb, mint az óceán átlagos mélysége (3800 méter).
hőkapacitás, majd felmelegíti a párolgás pedig fusionEdit
Hő párolgás a víz olvadó, hogy a kritikus hőmérséklet
a víznek nagyon magas a fajlagos hőkapacitása a 4181.4 J/(kg·K) 25 °C-on – a második legnagyobb az összes közül a heteroatomic fajok (miután ammónia), valamint a magas hő párolgás (40.,65 kJ/mol vagy 2257 kJ/kg normál forrásponton), mindkettő a molekulák közötti kiterjedt hidrogénkötés eredménye. Ez a két szokatlan tulajdonság lehetővé teszi a víz számára a Föld éghajlatának mérséklését a hőmérséklet nagy ingadozásainak pufferelésével. Az 1970 óta az éghajlati rendszerben tárolt további energia nagy része felhalmozódott az óceánokban.
a víz fúziójának (ismertebb nevén látens hőnek) specifikus entalpiája 333.,55 kJ / kg 0 °C-on: ugyanolyan mennyiségű energia szükséges a jég olvadásához, mint a -160 °C-tól az olvadáspontig tartó jég felmelegedéséhez vagy ugyanolyan mennyiségű víz melegítéséhez körülbelül 80 °C-kal. Ez a tulajdonság ellenáll az olvadásnak a gleccserek jégén és a sodródó jégen. A mechanikus hűtés megjelenése előtt és óta a jég még mindig használatban van az élelmiszer-károsodás visszaszorítására.
a jég fajlagos hőkapacitása -10 °C-on 2030 J/(kg·k), a gőz hőkapacitása 100 °C-on 2080 J/(kg·k).,
víz-és jégsűrűség
a jég és a víz sűrűsége a hőmérséklet függvényében
a víz sűrűsége körülbelül 1 gramm / köbcentiméterenként (62 lb / cu ft): ezt a kapcsolatot eredetileg a gramm meghatározására használták. A sűrűség a hőmérséklettől függően változik, de nem lineárisan: a hőmérséklet növekedésével a sűrűség 3, 98 °C-on (39, 16 °F) csúcsra emelkedik, majd csökken; ez szokatlan. A rendszeres, hatszögletű jég kevésbé sűrű, mint a folyékony víz-fagyasztáskor a víz sűrűsége körülbelül 9% – kal csökken.,
Ezek a hatások csökkenése miatt a termikus mozgás, a hűtés, ami lehetővé teszi, hogy a víz molekulák alkotnak hidrogén kötések, amelyek megakadályozzák a molekulák jönnek egymás közelében. Míg 4 °C alatt a melegítés miatt a hidrogénkötések törése lehetővé teszi a vízmolekulák közelebb csomagolását a hőmozgás növekedése ellenére (amely hajlamos a folyadék kibővítésére), 4 °C felett a víz a hőmérséklet növekedésével bővül. A forráspont közelében lévő víz körülbelül 4% – kal kevésbé sűrű, mint a víz 4 °C-on (39 °F).,
növekvő nyomás alatt a jég számos átmeneten megy keresztül más, a folyékony víznél nagyobb sűrűségű polimorfokra, például ice II, ice III, Nagy sűrűségű amorf jég (HDA) és nagyon nagy sűrűségű amorf jég (VHDA).,
Hőmérséklet-eloszlás a tó télen-nyáron
A szokatlan sűrűsége görbe, illetve kisebb sűrűségű, mint a jég, a víz létfontosságú, hogy az élet—ha a víz nagyon sűrű a fagyáspont, akkor télen a hideg víz a felszínen, a tavak, a másik víztestek elmerül, tavak képes megállítani az alulról felfelé, illetve minden élet lenne ölte meg. Továbbá, tekintettel arra, hogy a víz jó hőszigetelő (hőteljesítménye miatt), egyes fagyasztott tavak nyáron nem olvadhatnak fel teljesen., A tetején úszó jégréteg szigeteli az alatta lévő vizet. 4 °C-on (39 °F) lévő víz szintén az aljára süllyed, így a víz hőmérséklete az alján állandó marad (lásd az ábrát).
Sűrűsége sós vizű iceEdit
WOW felületi sűrűség
A sűrűsége sós függ az oldott só tartalma, valamint a hőmérséklet. A jég még mindig úszik az óceánokban,különben alulról felfelé fagynának. Az óceánok sótartalma azonban körülbelül 1-rel csökkenti a fagyasztási pontot.,9 °C (lásd itt a magyarázatot), és csökkenti a hőmérséklet a sűrűsége maximális víz a korábbi fagyáspont 0 °C-on ezért, az óceán víz, a lefelé konvekció hidegebb víz nem blokkolja a víz tágulása, mert hidegebb lesz a fagypont közelében. Az óceánok hideg vize a fagypont közelében továbbra is süllyed. Tehát azok a lények, amelyek a hideg óceánok alján élnek, mint például a Jeges-tenger, általában 4 °C-kal hidegebb vízben élnek, mint a fagyasztott édesvizű tavak és folyók alján.
ahogy a sós víz felülete lefagy (-1.,9 °C normál sótartalmú tengervíz esetén, 3,5%) a keletkező jég lényegében sómentes, körülbelül ugyanolyan sűrűséggel, mint az édesvízi jég. Ez a jég úszik a felszínen, és a “lefagyasztott” só hozzáadja a tengervíz sótartalmát és sűrűségét közvetlenül alatta, a sóoldat kilökődésének nevezett folyamatban. Ez a sűrűbb sós víz konvekcióval süllyed, a helyettesítő tengervíz pedig ugyanannak a folyamatnak van kitéve. Ez lényegében édesvízi jeget termel -1, 9 °C-on a felszínen. A képződő jég alatti tengervíz megnövekedett sűrűsége miatt az alja felé süllyed., A nagyszabású, a folyamat lében elutasítása, illetve süllyedő hideg sós vízben eredmények óceáni áramlatok képező közlekedési ilyen víz elől a Lengyelek, ami egy globális rendszer áramlatok úgynevezett thermohaline forgalomba.
Keverhetıség, valamint condensationEdit
Piros vonal mutatja telítettség
Vízzel elegyíthető, sok folyadék, beleértve az etanolt minden arányban., A víz és a legtöbb olaj nem elegyedő, általában rétegeket képez a növekvő sűrűségnek megfelelően felülről. Ezt a polaritás összehasonlításával lehet megjósolni. A viszonylag poláris vegyületnek számító víz általában keverhető nagy polaritású folyadékokkal, például etanollal és acetonnal, míg az alacsony polaritású vegyületek általában nem elegyednek és rosszul oldódnak, például szénhidrogénekkel.
gázként a vízgőz teljesen összekeverhető a levegővel., Másrészt a maximális vízgőznyomás, amely termodinamikailag stabil a folyadékkal (vagy szilárd anyaggal) egy adott hőmérsékleten, viszonylag alacsony a teljes légköri nyomáshoz képest.Például, ha a gőz parciális nyomása a légköri nyomás 2% – a, a levegőt pedig 25 °C-ról lehűtjük, körülbelül 22 °C-tól kezdve a víz kondenzálódik, meghatározva a harmatpontot, ködöt vagy harmatot hozva létre. A fordított folyamat a reggeli ködégést jelenti., Ha a páratartalmat szobahőmérsékleten növelik, például forró zuhany vagy kád futtatásával, és a hőmérséklet körülbelül azonos marad, a gőz hamarosan eléri a fázisváltozás nyomását, majd perc vízcseppekként kondenzálódik, amelyet általában gőznek neveznek.
telített gáz vagy 100% – os relatív páratartalmú gáz akkor van, amikor a levegőben lévő víz gőznyomása egyensúlyban van a (folyékony) víz miatt; a víz (vagy jég, ha elég hűvös) nem veszíti el a tömeget a párolgás révén, ha telített levegőnek van kitéve., Mivel a vízgőz mennyisége a levegőben kicsi, relatív páratartalom, a vízgőznek a telített részleges gőznyomáshoz viszonyított részleges nyomás aránya sokkal hasznosabb.A 100% – os relatív páratartalmat meghaladó gőznyomást szupertelítettnek nevezik, és akkor fordulhat elő, ha a levegő gyorsan lehűl, például hirtelen emelkedve egy felfelé.,
Gőz pressureEdit
gőznyomás diagramok a víz
CompressibilityEdit
A kompresszibilitási a víz függvényében a nyomás, hőmérséklet. 0 °C-on, a nulla nyomás határán, a tömöríthetőség 5,1×10-10 Pa-1. A nulla nyomású határértéknél a tömöríthetőség legalább 4,4×10-10 Pa−1-et ér el 45 °C körül, mielőtt ismét növekszik a hőmérséklet növekedésével., A nyomás növekedésével a tömöríthetőség csökken, 0 °C−on 3,9×10-10 Pa-1 és 100 megapascal (1000 bar).
a víz ömlesztett modulusa körülbelül 2,2 GPa. A nem-gázok és különösen a víz alacsony tömöríthetősége azt eredményezi, hogy gyakran összenyomhatatlannak tekintik őket. A víz alacsony összenyomhatósága azt jelenti, hogy még a mély óceánokban is, 4 km mélységben, ahol a nyomás 40 MPa, csak 1, 8% – kal csökken a térfogat.,
Triple pointEdit
a folyékony/folyékony/gőz hármas pontja folyékony víz, jég Ih és vízgőz a vízfázis diagram bal alsó részén.
az a hőmérséklet és nyomás, amely mellett a szokásos szilárd, folyékony és gáz halmazállapotú víz egyensúlyban van, a víz hármas pontja., 1954 óta ezt a pontot használták a hőmérséklet alapegységének, a Kelvinnek a meghatározására, de 2019-től kezdve a Kelvint most a Boltzmann-állandó határozza meg, nem pedig a víz hármas pontja.
a jég sok polimorf (formája) létezése miatt a víznek más hármas pontja van, amelyek vagy három jég polimorf, vagy két jég polimorfja és folyadék egyensúlyban vannak. Gustav Heinrich Johann Apollon Tammann Göttingenben a 20.század elején több más hármas pontról is készített adatokat. Kamb és társai további három pontot dokumentáltak az 1960-as években.,
| Fázis stabil egyensúlyi | Nyomás | Hőmérséklet |
|---|---|---|
| folyékony víz, jég Ih, majd vízgőz | 611.657 Pa | 273.16 K (0.01 °C) |
| folyékony víz, jég Ih, illetve a jég III. | 209.9 MPa | 251 K (-22 °C) |
| folyékony víz, jég III. jég V | 350.1 MPa | -17.0 °C |
| folyékony víz, a jég, az V. jég VI. | 632.4 MPa | 0.,16 °C |
| a jég Ih, Jég II., valamint a jég III. | 213 MPa | -35 °C |
| a jég II, jég III. jég V | 344 MPa | -24 °C |
| a jég II, jég-V. jég VI. | 626 MPa | -70 °C |
Olvadó pointEdit
Az olvadáspont, a jég 0 °C (32 °F; 273 K) a standard nyomás; azonban tiszta folyékony víz lehet túlhűtött hát alatti hőmérséklet fagyasztás nélkül, ha a folyadék nem mechanikusan zavart., 231 K (-42 °C; -44 °F) homogén nukleációs pontjáig folyékony állapotban maradhat. Az olvadáspont, a hétköznapi hexagonális jég kissé esik alatt közepesen magas nyomás, amelyet 0.0073 °C (0.0131 °F)/atm vagy 0,5 °C (0.90 °F)/70 atm, mint a stabilizáció energia-hidrogén kötés túllépik intermolecular taszítás, de mint a jég átalakul a polymorphs (lásd a kristályos államok jég) a fenti 209.9 MPa (2,072 atm), az olvadáspont jelentősen növeli a nyomást, azaz elérte 355 K (82 °C) a 2.216 GPa (21,870 atm) (hármas pont a Jég VII.).,
elektromos tulajdonságokszerkesztés
elektromos vezetőképességedit
az exogén ionokat nem tartalmazó tiszta víz kiváló szigetelő, de még a “ionizált” víz sem teljesen mentes az ionoktól. A víz folyékony állapotban autoionizálódik, amikor két vízmolekulából egy hidroxid anion (OH−
) és egy hidrónium kation (H
3o+
) keletkezik.
mivel a víz olyan jó oldószer, szinte mindig van benne oldott oldott anyag, gyakran só., Ha a víz még egy kis mennyiségű ilyen szennyeződés, akkor az ionok szállítására díjak oda-vissza, amely lehetővé teszi a víz, hogy végezzen villamos energia sokkal könnyebben.
ismeretes, hogy az elméleti maximális elektromos ellenállás a víz körülbelül 18.2 MΩ·cm (182 kΩ·m) 25 °C. Ez a szám egyetért azzal, ami általában látható a fordított ozmózis, ultra-szűrt, valamint ioncserélt ultra-tiszta víz rendszerek használják, például a félvezető gyártó üzemben., Egy sót vagy savat szennyeződés szintje meghaladja a 100 részecske per milliárd (ppt) egyébként ultra-tiszta víz elkezd észrevehetően alacsonyabb az ellenállás által akár több kΩ·m.
A tiszta víz, érzékeny berendezés képes észlelni egy nagyon enyhe elektromos vezetőképessége 0.05501 ± 0.0001 µS/cm 25.00 °C. a Víz is lehet electrolyzed be az oxigén, a hidrogén gázok de mivel nem oldott ionok ez egy nagyon lassú folyamat, mivel a nagyon kis áram folyik. Az ice-ben az elsődleges töltéshordozók protonok (lásd protonvezető)., A jégről korábban azt hitték, hogy kicsi, de mérhető vezetőképessége 1×10-10 S/cm, de ez a vezetőképesség szinte teljes egészében felületi hibákból származik,ezek nélkül a jég egy mérhetetlenül kicsi vezetőképességű szigetelő.
polaritás és hidrogénkötésszerkesztés
a vízmolekulában lévő atomok részleges töltését bemutató diagram
a víz fontos jellemzője a poláris természet., A szerkezet hajlított molekuláris geometriával rendelkezik az oxigéncsúcsból származó két hidrogén számára. Az oxigénatomnak két magányos elektronpárja is van. Az egyik hatás, amelyet általában a magányos pároknak tulajdonítanak, az, hogy a H–O–H gázfázisú hajlítási szög 104,48°, ami kisebb, mint a tipikus tetraéderes szög 109,47°. A magányos Párok közelebb vannak az oxigénatomhoz, mint a hidrogénekhez kötött elektronok, ezért több helyet igényelnek. A magányos Párok fokozott repulziója közelebb kényszeríti az O–H kötéseket egymáshoz.
szerkezetének másik következménye, hogy a víz poláris molekula., Az elektronegativitás különbsége miatt a kötési dipól Momentum h-ról O-ra mutat, így az oxigén részlegesen negatív, az egyes hidrogén pedig részben pozitív. Egy nagy molekuláris dipólus, amely a két hidrogénatom közötti régióból az oxigénatomhoz mutat. A töltési különbségek miatt a vízmolekulák aggregálódnak (a viszonylag pozitív területek vonzódnak a viszonylag negatív területekhez). Ez a vonzerő, a hidrogénkötés magyarázza a víz számos tulajdonságát, például oldószer tulajdonságait.,
bár a hidrogénkötés viszonylag gyenge vonzerő a vízmolekulán belüli kovalens kötésekhez képest, a víz számos fizikai tulajdonságáért felelős. Ezek a tulajdonságok közé tartozik a viszonylag magas olvadáspont-és forráspont-hőmérséklet: több energiára van szükség a vízmolekulák közötti hidrogénkötések megtöréséhez. Ezzel szemben a hidrogén-szulfid (H
2s) sokkal gyengébb hidrogénkötéssel rendelkezik a kén alacsonyabb elektronegativitása miatt. A H
2S szobahőmérsékleten gáz, annak ellenére, hogy a hidrogén-szulfid közel kétszerese a moláris tömegnek., A vízmolekulák közötti extra kötés a folyékony víz nagy fajlagos hőteljesítményét is biztosítja. Ez a magas hőteljesítmény jó hőtároló közeggé (hűtőközeg) és hővédővé teszi a vizet.
kohézió és összenövésszerkesztés
a pókhálóhoz tapadó harmatcseppek
a vízmolekulák egymás közelében maradnak (kohézió), a vízmolekulák közötti hidrogénkötések együttes hatása miatt., Ezek a hidrogénkötések folyamatosan törnek, új kötések alakulnak ki különböző vízmolekulákkal; de a folyékony víz mintájában bármikor a molekulák nagy részét ilyen kötések tartják össze.
a víz poláris jellege miatt magas tapadási tulajdonságokkal is rendelkezik. Rendkívül tiszta / sima üvegen a víz vékony filmet képezhet, mivel az üveg-és vízmolekulák (ragasztóerők) közötti molekuláris erők erősebbek, mint a kohéziós erők.,A biológiai sejtekben és organellákban a víz hidrofil membránfelülettel és fehérjefelülettel érintkezik, vagyis olyan felületekkel, amelyek erősen vonzódnak a vízhez. Irving Langmuir erős visszataszító erőt észlelt a hidrofil felületek között. A hidrofil felületek dehidratálásához—az erősen tartott vízrétegek eltávolításához-jelentős munkát kell végezni ezen erők ellen, úgynevezett hidratációs erők ellen. Ezek az erők nagyon nagyok, de gyorsan csökkennek egy nanométer vagy annál kevesebb alatt., Ezek fontosak a biológiában, különösen akkor, ha a sejteket kiszárítják a száraz atmoszférának való kitettség vagy az extracelluláris fagyasztás.
eső vízfolyás a lombkoronából. A cseppképződést irányító erők között: felületi feszültség, kohézió (kémia), Van der Waals erő, fennsík–Rayleigh instabilitás.
felületi feszítésszerkesztés
ez a gemkapocs a vízszint alatt van, amely finoman és simán emelkedett., A felületi feszültség megakadályozza a klip alámerülését, a víz pedig az üveg széleinek túlcsordulását.
a tiszta víz felületi feszültségének hőmérsékletfüggése
a víz szokatlanul magas felületi feszültsége 71,99 mN / m 25 °C-on, amelyet a vízmolekulák közötti hidrogénkötés erőssége okoz. Ez lehetővé teszi a rovarok számára, hogy vízen járjanak.
kapilláris actionEdit
mivel a víz erős összetartó és tapadó erőkkel rendelkezik, kapilláris hatást fejt ki., A hidrogénkötés és a tapadás erős kohéziója lehetővé teszi a fák számára, hogy 100 m-nél nagyobb vizet szállítsanak felfelé.
Víz, mint solventEdit
Jelenléte kolloid kalcium-karbonát a magas koncentrációja az oldott mészkő fordul a víz Havasu Esik, türkiz.
a víz kiváló oldószer magas dielektromos állandója miatt., Azok az anyagok, amelyek jól keverednek és vízben oldódnak, hidrofil (“vízszerető”) anyagokként ismertek,míg azok, amelyek nem keverednek jól vízzel, hidrofób (“vízfélő”) anyagok. Az anyag vízben való feloldódásának képességét az határozza meg, hogy az anyag megfelel-e vagy sem az erős vonzó erőknek, amelyeket a vízmolekulák más vízmolekulák között generálnak. Ha egy anyagnak olyan tulajdonságai vannak, amelyek nem teszik lehetővé ezen erős intermolekuláris erők leküzdését, a molekulák kicsapódnak a vízből., Az Általános tévhittel ellentétben a víz és a hidrofób anyagok nem” taszítják el”, a hidrofób felület hidratálása energetikailag, de nem entropikusan kedvező.
amikor egy ionos vagy poláris vegyület belép a vízbe, vízmolekulák veszik körül (hidratáció). A viszonylag kis méretű vízmolekulák (~3 angstroms) lehetővé teszi, hogy sok vízmolekulák körül egy molekula oldott anyag. A víz részlegesen negatív dipól végeit az oldott anyag pozitív töltésű komponensei vonzzák, fordítva a pozitív dipól végekhez.,
általában ionos és poláris anyagok, például savak, alkoholok és sók viszonylag jól oldódnak vízben, és nem poláris anyagok, például zsírok és olajok nem. A nem poláris molekulák együtt maradnak a vízben, mert energetikailag kedvezőbb, ha a vízmolekulák hidrogénkötéssel kötődnek egymáshoz, mint hogy van der Waals kölcsönhatásokat folytassanak a nem poláris molekulákkal.
az ionos oldott anyag egyik példája az asztali só; a nátrium−klorid, NaCl, Na+
kationokká és Cl –
anionokká válik, mindegyiket vízmolekulák veszik körül., Az ionok ezután könnyen szállíthatók kristályos rácsukból oldatba. A nemionos oldott anyag egyik példája az asztali cukor. A vízdipolák hidrogénkötést tesznek lehetővé a cukormolekula (OH-csoportok) poláris régióival, és lehetővé teszik, hogy azt oldatba vigyék.
Quantum tunnelingEdit
a quantum tunneling dynamics in water jelentették már 1992. Abban az időben ismert volt, hogy vannak olyan mozgások, amelyek a szubsztituens vízmonomerek belső forgatásával elpusztítják és regenerálják a gyenge hidrogénkötést., 2016. március 18-án arról számoltak be, hogy a hidrogénkötést kvantum-alagútfúrással lehet megtörni a víz hexamerében. Ellentétben a korábban bejelentett alagútmozdulatokkal a vízben, ez két hidrogénkötés összehangolt törését jelentette. Ugyanebben az évben később jelentették a vízmolekulák kvantum-alagútjának felfedezését.
elektromágneses abszorpciószerkesztés
a víz viszonylag átlátszó a látható fényre, az ultraibolya fény közelében és a távoli vörös fény közelében, de elnyeli a legtöbb ultraibolya fényt, infravörös fényt és mikrohullámot., A legtöbb fotoreceptor és fotoszintetikus pigment a fényspektrum azon részét használja ki, amely jól átjut a vízen. A mikrohullámú sütők kihasználják a víz átlátszatlanságát a mikrohullámú sugárzással szemben, hogy melegítsék a vizet az élelmiszerekben. A víz Világoskék színét a látható spektrum piros részén gyenge felszívódás okozza.
