Adatgyűjtés, mérési alapok, a
környezetgazdálkodás fontosabb műszerei
KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI MÉRNÖKI MSc
Tudományos kutatásmódszertani, elemzési és közlési ismeretek modul
A vízmolekula szerkezete
A vízmolekula két hidrogénatomból és egy oxigénatomból felépülő molekula, melyek 104,5°-os csúcsszöget zárnak be. A vízmolekulában a hidrogénatomok poláros kovalens kötéssel kapcsolódnak az oxigénatomhoz. A hidrogén felőli oldalon relatív elektronhiány (pozitív töltés), míg az oxigén felőli oldalon relatív elektrontöbblet (negatív töltés) lép fel.
H H
O. .
..
..
x x
Dipólus kötés, fürt elrendezés
A szomszédos vízmolekulák között fellépő másodlagos (dipólus) kötések egy lazább cluster (fürt) elrendezést eredményeznek
+
- +
-
+
- +
- +
- +
-
+
- +
-+
- +
-
+
- +
-
+
- +
-
+
- +
-
H-hídkötés a víztestben
Megállapítottuk, hogy ha a molekula három feltételnek megfelel, úgy hidrogén-híd kötések jönnek létre. A hidrogén híd kötés során a relatív elektronhiánnyal rendelkező hidrogénatom magához vonzza a szomszédos vízmolekula oxigénatomjának nemkötő elektronpárjait.
O
H Hx
.x
..
. ..O
H Hxx. .
. .. .
hidrogén-híd kötés
O
H Hx
.x
..
. ..
O
H Hxx. .
. .. .hidrogén-híd kötés
O
H Hxx. .
. .. .
A víz fizikai tulajdonságaiA víz fizikai tulajdonságai összehasonlítva más kémiailag hasonló vegyületek megfelelő tulajdonságaival,
nagyfokú eltéréseket mutatnak.A víz és egyéb, a vízhez hasonló szerkezettel rendelkező, más vegyületek forráspontjának értékei:
A vízhez hasonló szerkezetű molekulák forráspontjaA táblázat adataiból jól látszik, hogy a víz forráspontja a többi vegyülethez viszonyítva rendkívül magas. Az
említett vegyületek között a víz az egyetlen, amely szobahőmérsékleten nem gáz halmazállapotú
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 !!
PárolgáshőA párolgáshő (forráshő) azt az energiamennyiséget adja
meg, amelyet közölnünk kell 1 g folyadék halmazállapotú anyaggal a forráspontján ahhoz, hogy gáz halmazállapotúvá alakuljon. A víz párolgáshője: 537 cal/g (100C°-on 40,7KJ/mol, 25C°-on 44KJ/mol).
FajhőA fajhő azt az energiamennyiséget adja
meg, amelyet közölnünk kell, hogy a hőmérséklete 1C°-ot emelkedjen. A víz fajhője: 0,0754KJ/mol).
Olvadáshő
Az olvadáshő a halmazállapot változáshoz szükséges energiamennyiséget mutatja, amit a 0C°-os jégnek 0C°-os vízzé való felolvasztására kell fordítani. A víz olvadáshője: 6KJ/mol).
A víz, mint oldószer• Az oldódás során az oldott anyag elméletileg molekuláris
szinten „oszlik el” az oldószerben, gyakorlati szempontból oldott anyagnak minősülnek a 45 μm-nél kisebb vízben található részecskék.
• 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 jellegű anyagok oldódnak jól a vízben. Ez igaz a gáznemű anyagok, a folyadékok és a szilárd anyagok vízben való oldódására egyaránt.
Gázok oldódása vízbenVízben 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 jelentősége van, hiszen ez a folyamat játszódik le az egyik legfontosabb vízkezelési lépésnél, az ivóvíz fertőtlenítésnél. Az adagolt klórgáz a vízzel reakcióba lép, és a keletkezett hipoklóros-sav játszik szerepet a baktériumok hatástalanításában. A reakcióegyenlet a következő:
Cl2 + H2O HCl + HOCl• A fluorral is ugyanez a helyzet, mint a klórral; az oldódás egyensúlyi
folyamatként megy végbe, tehát a vízben meghatározott mennyiségű gáz is jelen van.
• A kén-dioxid (SO2) és nitrogén-oxidok (NOx) jól oldódnak a vízben és reakcióba is lépnek a vízzel.
• Az oxigén meglehetősen rosszul oldódik vízben, amelynek a vízi élővilágban különös jelentősége van, hiszen a heterotróf élőlények működéséhez az oxigén elengedhetetlen.
Kérdések a leckéhez
• A vízmolekula szerkezete
• A víz mint oldószer• Szilárd anyagok és gázok oldódása vízben