A víz fizikai, kémiai tulajdonságai
Mit érdemes tudni a víz furfangos tulajdonságairól?
A legkülönlegesebb anyag a földön. A víznek nincs színe, nincs szaga, és íze sincs. Vendégségben mégsem olyan ízű a víz, mint otthon. Ennek oka az, hogy más benne az oldott ásványi anyagok összetétele, mennyisége, és ezért érezzük más “ízűnek”.
A vízmolekula két hidrogén- és egy oxigénatom összekapcsolódásával jön létre. Kémiai képlete H2O. A víz 0°C-on fagy meg, és 100°C-on forr, ha a nyomás 101,3 kPa. Egészen –48°C-ig túlhűthető. A víz megnevezést a szobahőmérsékleten folyékony halmazállapotú anyagra használjuk, szilárd halmazállapotban jégnek, légnemű halmazállapotban gőznek nevezzük. Laboratóriumi körülmények között a jég tovább hűthető, és nagyon érdekes az a tény, hogy -120°C alatt, a jég sűrűn folyóvá válik. -135°C-on üvegesen áttetszővé válik kristályszerkezet kialakulása nélkül. 1 liter vízből kb. 1750 liter gőz keletkezik. Sok-sok energia szükséges ahhoz, hogy a víz gőzzé alakuljon. Magas hőmérséklet hatására ( pl. olvadt fém) hidrogénre és oxigénre bomlik, ezek elegye a robbanékony durranó gáz. Ezt nevezzük termikus bomlásnak. A víz amfoter vegyület, ami azt jelenti, hogy viselkedhet savként és bázisként is. A víz viszonylag jó hőszigetelő. (forrás: Wikipédia).
A víz dipólus molekula: a molekula egyik fele „+” töltésű, a másik fele „–” töltésű. A víz elektronstruktúráját (elektronszerkezetét) figyeljük meg az ábrán. Láthatjuk, hogy az oxigénatom gyengén negatív töltésű, a hidrogénatom pedig gyengén pozitív töltésű. Ebből adódik a víz különös tulajdonsága, hogy a vízmolekulák vonzzák egymást, azaz a negatív töltésű rész vonzza a pozitív töltésűt. Ez a vonzási kölcsönhatás a hidrogénhídkötés. A hidrogénhídkötések idézik elő a víz különleges tulajdonságait, amelyek lehetővé teszik az életet a Földön. A vízmolekulák speciális elektromos szerkezetük miatt képesek hidrogénhídkötések kialakítására más vízmolekulákkal (Lucinda Spokes).
Miért fázunk vizes testtel? A bőrünkön lévő sok-sok vízcsepp elpárolgásához hőre van szükség, és ezt a testünktől vonják el a vízcseppek. Mivel a párolgás sok hőt igényel, sokat von el a testünktől, és ezért fázunk annyira. Amikor megszáradunk elmúlik a vacogás.
A víz párolgási hője magas, azaz sok hőt von el a környezetéből a párolgáshoz.
A víz nagy mennyiségű a hőt tud tárolni. Mi a jelentősége ennek? A víz fajhője 2-3-szor nagyobb, mint a szárazföldeket felépítő anyagoké. Ebből következően a tengerek nehezebben melegednek fel, és lassabban is hűlnek le, mint a szárazföldek. A óceánok nyáron elnyelik a nap energiáját, télen pedig fokozatosan leadják a tárolt hőmennyiséget a környezetüknek. Tehát nyáron hűtik, télen fűtik a földet. Az óceánok óriási víztömege olyan, mint egy hatalmas hőraktár, amely kiegyenlíti a tengerpart közelében lévő szárazföldi részek éghajlatát, és csökkenti az évszakok közötti különbséget. A víznek nagyon nagy a fajlagos hőkapacitása, azaz sok ok energia szükséges ahhoz, hogy a víz hőmérséklete megemelkedjen. Az energia ahhoz kell, hogy felbontsa a hidrogénhídkötéseket. Négyszer több energia szükséges a víz 1°C-kal való felmelegítéséhez, mint ahhoz, hogy a levegő 1°C-kal melegebb legyen. Ezért tud a levegő hamar felmelegedni, és hamar lehűlni. A víz lassan melegszik fel, és lassan hűl le.
A víz kémiailag semleges anyag. A víz különleges tulajdonsága még az is, hogy nem változtatja meg az általa szállított anyagok szerkezetét. A víz univerzális oldószer, ezért a konyhasó (NaCl), a cukor és számtalan más anyag is kiválóan feloldódik a vízben. Így a víz lehetővé teszi az ételek, a gyógyszerek és az ásványi anyagok szállítását, felszívódását. A legkisebb ereinkben is több száz különböző vegyület “utazik”. Nagyon sokfajta anyag oldódik a vízben és stabilizálódik a hidrogénkötéssel. Ez teszi lehetővé az oxigén, a szén-dioxid, a tápanyagok és a szennyező anyagok szállítását a vérünkben, és ez az alapja a testünkben működő biológiai folyamatoknak. A tiszta víz számos betegség esetén képes meggyógyítani, ha bőségesen és megfelelő rendszerességgel fogyasztunk belőle. Ezáltal válik a tiszta víz a leghatékonyabb gyógyszerré, és nincsenek mellékhatásai. A víz viszonylag jó hőszigetelő.
Hogyan képes a víz fölfelé folyni a fák ágaiban? A víznek egyedi a felületi feszültsége van. Ez az oka annak, hogy a növényekben lévő víz felfelé, a gravitációval ellentétes irányban is képes folyni. Ennek köszönhetően jut el tápanyag a legmagasabb fák csúcsaiba is. A felületi feszültség elve teszi lehetővé a gravitációval ellentétes nedváramlást, azaz a víz „fölfelé folyik” a növények táplálékszállító szöveteiben.
Öveges professzor a következőképpen szemléltette a felületi feszültség jelenségét: fémtárgy, például egy régi alumínium 10 vagy 50 filléres nem merül alá a vízben, ha óvatosan tesszük a víz felületére, úgy, hogy a lapja mindenütt érintse a vízfelületet. Ezt úgy tudjuk megtenni, ha egy gémkapocsból L alakú tartót hajlítunk. A pénzérmét először a tartóra helyezzük, azután óvatosan rátesszük vele a víz színére, és akármilyen hihetetlen, de nem fog elsüllyedni, hanem úszni fog a vízen. Ha a pénzérme széle érintkezik a vízfelülettel, nem pedig a lapja, akkor nem marad a felszínen, hanem elsüllyed. A pénzdarabok széle mellett a vízfelület kidudorodik, feszül a pénzdarab súlya alatt. Olyan, mintha egy rugalmas hártyára fektettük volna a pénzdarabot.
Ezt a kísérletet vékony acél tűvel is megcsinálhatjuk. A lényeg itt is az, hogy a tű száraz legyen , és egyszerre érjen a felülete a víztükörhöz. A vízipókok is tudják a fizikát, mert lépkednek a víz színén.
A tiszta víz az egyetlen olyan anyag, melynek folyékony halmazállapotban nagyobb a sűrűsége, mint szilárd vagy légnemű halmazállapotban. A szilárd anyagok többségére az jellemző, hogy sűrűbbek a folyadékoknál és gázoknál. A víz térfogata 4°C-on a legkisebb, amit úgy is mondhatunk, hogy ekkor a legsűrűbb. A vízmolekulák ezen a hőmérsékleten vannak a legközelebb egymáshoz.
A természetben, amikor a tó vize 4 fokosra hűl, lesüllyed az állóvíz fenekére, és helyébe újabb víz kerül, ami szintén lehűl. 4°C alatt a vízmolekulák különösen viselkednek. Ahogy csökken a víz hőmérséklete, a vízmolekulák “sértődötten” távolabb húzódnak egymástól. S ahogy tovább csökken a hőmérsékletük, még messzebbre kerülnek egymástól, míg végül megfagynak. Tehát 4°C alatt a víz elkezd tágulni, a sűrűsége pedig emiatt csökken. Ilyenkor a könnyebb hidegebb víz „ráül” a melegebb ( nehezebb) vízrétegre. Télen a tó felszíne a hidegebb, az alja pedig melegebb.
Ezért nem szoktak állóvizeink fenekükig befagyni. Csakis a legnagyobb hidegben. A jég alatt életben maradnak a halak. Amikor a víz megfagy, a vízmolekulák távolabb kerülnek egymástól, és a hidrogénhídkötések hossza megnő. Emiatt lesz a jég sűrűsége kisebb a víz sűrűségénél. Fagyáskor a többi anyagtól eltérően a víz térfogata megnő kb. 9%-kal. Ezért úszik a jég a vízen. Mindig a kisebb sűrűségű anyag úszik a nagyobb sűrűségűben.
Miért nem fagy meg 0°C-on a tengervíz? Ha a vízbe valamilyen anyagot keverünk, módosíthatjuk fagyáspontját. A sós tengervíz fagyáspontja általában alacsonyabb, mint a tiszta víz fagyáspontja: -2°C. A 20%-os konyhasóoldat fagyáspontja -18 Celsius fok. Ha cukrot vagy valamilyen ásványi anyagot keverünk a vízbe, módosul a fagyáspontja, ezért a vér és a növényi nedvek sem fagynak meg 0°C-on. Ha sót adunk a vízhez, megnő a sűrűsége. A vízben feloldott só meggátolja a hidrogénhídkötések kialakulását, és azt hogy 0°C-on megfagyjon. (Átlagosan 35 gramm só van 1 liter tengervízben.)
Miért sózzák télen az utakat? A sós víz 0°C alatt fagy meg. A sótartalomtól függően változik a fagyáspont. A só reakcióba lép a jégben lévő vízmolekulákkal, felbontja a hidrogénhídkötéseket, és ” felolvasztja a jeget”.
A víznek csodálatos hatása van a lelkünkre is.
Bizonyára mindannyian gyönyörködtünk már folyó- vagy tóparton a víztükör szépségében. Ha csak 30-40 percig nyugtatjuk tekintetünket a csendes táj szépségén, tapasztalhatjuk, hogy a lelkünk is kisimul, megnyugszunk, és a szívünkbe béke költözik. A földi gondok fölé tudunk emelkedni ilyenkor. Ha szemlélhettük már a tenger hullámzását, a magasztosság és fenségesség érzése bizonyára átjárta a bensőnket. A víz látványa nyugtatja a lelket.
Ez a különleges anyag alkotja a Föld vízburkát, kitölti a világ óceánjait és tengereit. Az ásványok és kőzetek alkotórésze. A víz rendkívül fontos szerepet tölt be, nélkülözhetetlen a mezőgazdaságban, a háztartásokban, a laboratóriumokban és az iparban is.
