Kap. 9 Vann – et vanlig stoff med uvanlig egenskaper

 

9.1 Vann som ressurs:

- 70 % av det vannet menneskene bruker, går med til kunstig vanning av jordbruk.

- Hver innbygger bruker i gjennomsnitt over 500 liter vann i døgnet.

- Fjella og all nedbøren gjør det mulig å produsere vannkraft.

- GWh er en forkorting av gigawattimer. Giga betyr milliard.

- I 2002 produserte vi over 131 000 GWh fra vannkraft. (til utlandet, til kraftproduksjonen, til den kraftkrevende industrien til framstilling av aluminium, til husholdninger).

 

9.2 Vann et godt løsingsmiddel:

- Universalløsemiddelet.

- Inneholder små mengder oppløste forbinderser fra luft, fjell, planter eller dyr, som er nyttige for helsa. Eks: fluor som er bra for tennene.

- Løsemiddel: løser opp skadelige forbindelser, fra

   - nedbryting i næringskjeder,

   - avfall fra dyr og planter,

   - produkter fra vulkanutbrudd,

   - utslipp fra industri, jordbruk.

 

- Man kan trekke til seg vannmolekyler ved å bruke en ladd gjenstand, fordi vannmolekylene er dipoler og blir bøyd av – ulike elektriske ladninger tiltrekker hverandre!!

- Dipol: dipoler er molekyler som har positiv ladning i den ene enden av molekylet og negativ ladning i den andre.

- Godt løsemiddel for salter.

- Vannmolekylene er alltid i bevegelse (termiske bevegelser). Jo høyere vanntemperaturen er, jo større bli farten og bevegelsesenergien.

- Vann blandet med et salt: kollisjonskrefter mellom vannmolekylene og det faste saltet og elektriske tiltrekningskrefter mellom pluss- og minusladninger på vannmolekylene og ionene i saltet ligger som en blanding.

Tegning:

(tegning mangler)

Mellom gassmolekylene er det plass til gassmolekyler. Vann er det oppløst oksygen (O2) og karbondioksid (CO2).

 

 

9.3 Vannets kretsløp:

Tegning:

(tegning mangler)

 

 

 

9.4 Binding mellom vannmolekyler – hydrogenbinding:

- Stoffer og væsker holdes sammen i bindingskrefter. (hydrogenbinding er en).

- Noen insekteter kan gå på vannet, men er avhengige av overflatehinna på vannet.

- Dipol-dipol-binding: (vanlig ionebinding)

Tegning:

(tegning mangler)

 

 

Hydrogenbinding er en binding mellom molekyler. Bindingen er mellom to motsatte elektriske ladninger, et H-atom på ett molekyl (positivt) og et elektronegativt atom på et annet molekyl.

- Vannets overflatehinne: hydrogenbindinger skaper overflatehinne, og som gjør at vannet kan danne dråper.

- Krystallstruktur i is og snø: i snø og is er vannmolekylene ordnet i faste mønster, de danner krystaller. I is (fast stoff) er det mange hydrogenbindinger mellom vannmolekylene, og de er ikke pakket så tett som vann i væskeform Vann får derfor større volum i fast form, mens de fleste andre stoffer får mindre volum.

- Vannet under isen: 4 C (vannet er tettest og tyngst). I innsjøer vil derfor vannet rett under isen være om lag 0 C, mens vi finner det tyngste vannet (4 C) mot bunnen.

 

9.5 Faseoverganger:

- Fase = aggregattilstand

Eks: fast stoff, væske, gass og plasma.

( -273 nullkelvin, kan ikke bli kaldere)

- Kan forandre faseovergangen ved å minske eller øke trykket, eller minske eller øke temperatur.

- Fast stoff <-> Væske (størkning)

- Væske <-> Gass (kondensering)

- Fast stoff <-> Gass (sublimasjon)

 

 

Figur:

(figur mangler)

 

 

 

 

 

 

 

Fra is til vann: Når vi varmer opp et glass med is, går noe av den tilførte energien med til å øke molekylenes bevegelsesenergi. Bevegelsene blir etter hvert så kraftige at en god del av hydrogenbindingene mellom molekylene i isen blir brutt. I is er vannmolekylene ordnet i et spesielt mønster som vi kaller krystallstrukturen. Ved smelting brytes krystallstrukturen ned, molekylene begynner å gli rundt hverandre, og isen blir til vann.

 

Koking av vann (fordamping): når vi fortsetter å tilføre energi ved å varme opp vannet, øker bevegelsesenergien enda mer. Molekyler river seg raskere løs fra vannet eller isen ved høy temperatur. Når temperaturen kommer opp i 100C, er molekylbevegelsene kraftige nok til at all tilført energi går med til å rive løs vannmolekyler fra overflaten. Det skjer en kraftig fordamping, det koker.

 

9.6 Fellingsreaksjoner:

Fellingsreaksjoner: i fellingsreaksjoner reagerer ioner med motsatt elektrisk ladning med hverandre og danner uløselige eller tungtløselige salter. Hvis vi blander sammen to løsninger med lettløselige salter til en felles løsning, kan ioner blir kombinert på en ny måte og danne uløselige eller tungtløselige salter som bunnfeller i løsningen.

Eks: Ag⁺(aq) + NO_3-(aq) + Na⁺(aq) + Cl^-(aq)

 AgCl (s) + Na⁺(aq) + NO_3-(aq) ((HVORFOR IKKE NaNO₃????)) s = fast stoff (vil synke til bunns)

 

Salt i vann: Dipolegenskapene til vannmolekylene gjør at ionebindingene mellom Na⁺ - og Cl^- - ionene i koksalt blir brutt, og at vannmolekylene kan pakke inn Na⁺ - og Cl^- - ionene. NaCl-saltet løser seg derfor i vannet.

Tungtløselige ioner: forskjellige ioner binder seg til hverandre i en sterk ionebinding, og saltet synker til bunns.

 

Lettløselige salter:

- Inneholder nitrat (NO^3-)

- Inneholder kloridioner (Cl^-)

- Inneholder sulfationer (SO₄^2-)

- Alkaliemetaller (gruppe 1)

- Kalium og natrium (gruppe 1 og 2)

 

De vanligste sammensatte ionene:

- NO^3- (nitration)

- SO₄^2- (karbonion)

- HCO_3- (hydrogenkarbonion)

- PO₄^3- (fosfation)

 

Tabell over lettløselige-, tungtløselige-, og uløselige salter:

 

	NO3-	Cl-	CO32-	SO42-
Na+	L	L	L	L
Ag+	L	U	U	T
Ca2+	L	L	U	T
Fe2+	L	L	U	L
Pb2+	L	T	U	U

 

9.7 Syrer og baser

Ei syre er et stoff som kan gi fra seg H⁺-ioner. Løser vi ei syre (eks HCl) i vann, vil hvert HCl-molekyl gi fra seg ett H⁺-ion (ett proton). Vannmolekylet er en dipol. Hvert H⁺-ion binder seg til den negative siden (oksygensiden) av et vannmolekyl, og det dannes H₃O⁺-ioner. (oksoniumioner)

Eks: HCl + H₂O

 H₃O⁺ + Cl^-

hydrogenklorid + vann

 kloridion + oksoniumion

Figur:

 

Når vi løser ei syre i vann får vi en sur løsning. Farger blått lakmuspapir rødt, og leder strøm.

Eks på syrer:

- Eplesyre

- Oksalsyre (rabarbra)

- Husholdningseddik (fortynnet eddiksyre, konserveringsmiddel) (svak syre)

- Saltsyre i magesekken (dreper bakterier) (sterk syre)

- Kullsyre (karbonsyre) (svak syre)

- Svovelsyre (batterisyre i bilbatterier) (sterk syre, gir fra seg to H+-ioner)

 

En base er et stoff som kan ta opp H⁺-ioner. En base som løses i vann, kan ta opp H⁺-ioner fra vannmolekylene. Når et vannmolekyl, H₂O, gir fra seg ett H⁺-ion, bli det dannet OH^—ioner (hydroksidion) i løsningen.

Eks: NH₃ + H₂O

 NH₄⁺ + OH^-

ammoniakk + vann 

 ammoniumion + hydroksidion

Når vi løser en base i vann, får vi en basisks løsning. Farger rødt lakmuspapir blått, og leder strøm.

Eks på baser:

- Ammoniakk (NH₃) (løser i vann får vi salmiakkspiritus)

- Vaskemidler

- Såper og sjampo

- Natronlut (NaOH) (lut, kaustisk soda)

 

I en nøytralisering er det like mange H₃O⁺-ioner og OH^—ioner. En nøytral løsning er verken sur eller basisk. I en nøytralisering reagerer ei syre med en base og danner en nøytral løsning.

Eks: HCl + NaOH

 NaCl + H₂O

     Syre        base      salt   + vann

 

H₃O⁺        + OH^-

 H₂O + H₂O

Oksoniumion + hydroksion 

 vann

 

PH – verdien er et mål for surhetsgraden og viser konsentrasjonen av H₃O⁺-ioner i en løsning. For hver enhet som PH-verdien synker, øker konsentrasjonen av H₃O⁺-ioner i løsningen 10 ganger. Den blir altså 10 ganger surere.

 

Det er like mange H₃O⁺-ioner som OH^--ioner i reint vann.

H₂O

 H⁺ + OH^-

I en sur løsning er det flere H₃O⁺-ioner enn OH^—ioner. I en basisk løsning er det flere OH^—ioner enn H₃O⁺-ioner. I en nøytral løsning er det like mange H₃O⁺-ioner som OH^—ioner.

 

9.8 Sur nedbør:

Sur nedbør skyldes i hovedsak

- at svoveloksider (SO_x) og nitrogenoksider (NO_x) (kull og olje) reagerer med vann og danner syrer.

- Karbondioksid (CO₂) løser seg i fuktigheten i atmosfæren og danner karbonsyre.

- Alger som produserer dimetylsulfid (DMS), som danner svoveldioksid, som gir svovelsur nedbør.

Syrer øker mengden av H₃O⁺-ioner i vannet. H₃O⁺-ionene binder seg sterkt til små jordpartikler og overtar plassen til metallioner (mineraler), som dermed lettere blir vasket ut fra jordsmonnet. Den sure nedbøren er slik med og fjerner mineraler som er viktige for plantene.

 

Kalk reagerer som base når den løses i vann, og slik kan den være med og øke PH-verdien.