Water als scheikundige stof


 

H2O  

Afbeeldingen van watermolecuul

Water (H2O) is een chemische verbinding van twee waterstofatomen en één zuurstofatoom. Het is het belangrijkste onderdeel van de oceanen. Wetenschappers hebben uitgerekend dat deze in totaal zo’n 1,36 miljard kubieke kilometer zeewater bevatten. In dat zeewater zitten bijna 50 ton zouten, gassen en andere stoffen opgelost.

Omdat water een uitzonderlijk hoog vriespunt en eveneens een uitzonderlijk hoog kookpunt bezit, kunnen we zeggen dat dit een zeer sterk molecuul is. Dit is waarschijnlijk ook de reden dat water al zo lang in staat is om haar dominante positie op onze planeet te behouden. Water heeft tevens belangrijke eigenschappen, die er mee voor zorgen dat leven mogelijk is op aarde.

Een watermolecuul (H2O) is opgebouwd uit twee waterstofatomen (op de afbeelding: de witte cirkels) en één zuurstofatoom (op de afbeelding: de rode cirkel).

Bovenstaande afbeelding geeft het aantal protonen en elektronen weer die in een watermolecule aanwezig zijn. We kunnen zien dat vier elektronen nodig zijn voor de binding tussen waterstof- en zuurstofatomen. Zij zorgen er dus voor dat waterstof en zuurstof bij elkaar blijven (en samen ‘water’ vormen). In de natuur komt water uiteraard nooit voor als één enkele molecule, maar onder de vorm van vele miljoenen moleculen die allen aan elkaar gebonden zijn. Naast de vier elektronen die nodig zijn voor de binding, heeft de molecule nog zes andere elektronen. deze ordening zorgt ervoor dat water chemisch gezien een zeer stabiele stof is. Verder brengt de verdeling 4-6 ook een zekere ‘onbalans’ met zich mee, die ervoor zorgt dat watermoleculen in staat zijn naburige watermoleculen aan te trekken.

 

°

 

KOSMISCH  IJS en  oud  aards  water 

zie ook

https://tsjok45.wordpress.com/2012/11/13/water/

 

 

Groot deel van water op aarde is ouder dan de zon

ouder dan de zon

ouder dan de zon

Op de afbeelding zie je de geschiedenis van het water op aarde. Die geschiedenis gaat dus terug tot vóór de totstandkoming van de zon.

Bronmateriaal:
Earth’s Water is Older than the Sun” – Carnegiescience.edu
De afbeelding bovenaan dit artikel is gemaakt door Bill Saxton / NSF / AUI / NRAO.

 

°

Nieuw onderzoek toont aan dat een groot deel van het water op aarde waarschijnlijk in de vorm van ijs in de interstellaire ruimte is ontstaan en aanzienlijk ouder is dan onze zon. En dat is goed nieuws voor buitenaards leven.

Het leven op aarde wordt mede mogelijk gemaakt door een aantal cruciale elementen. Eén daarvan is water.

Maar waar komt dat water vandaan?

Er waren twee mogelijkheden.

  • Protoplanetaire schijf
    Toen de zon nog jong was werd deze omringd door een zogenoemde protoplanetaire schijf waaruit de planeten voortkwamen. Het was mogelijk dat het water dat op tal van deze hemellichamen – de aarde, maar ook bijvoorbeeld de maan en Mars – is aangetroffen afkomstig was uit de interstellaire moleculaire wolk waaruit de zon ontstond.(2)
  • Een andere mogelijkheid was dat het interstellaire water vernietigd was en vervolgens door chemische reacties die in de zonnenevel plaatsvonden opnieuw ontstond.

“Waarom is dit belangrijk? Als het water in het jonge zonnestelsel voornamelijk in de vorm van ijs uit de interstellaire ruimte kwam, dan is het aannemelijk dat vergelijkbaar ijs – in combinatie met de prebiotische organische materie dat het kan bevatten – veelvuldig voorkomt in de meeste – of misschien wel alle protoplanetaire schijven rond sterren in wording,”

legt onderzoeker Conel Alexander uit.

“Maar als het water in het jonge zonnestelsel voornamelijk het resultaat was van chemische processen tijdens de geboorte van de zon dan is het mogelijk dat de hoeveelheid water die in vormende zonnestelsels voorkomt sterk verschilt en dat heeft implicaties voor het mogelijke ontstaan van leven op andere plekken.”

Isotopen
De uitdaging was dus om te achterhalen waar het water dat nu onder meer op aarde voorkomt precies ontstond. Om dat te achterhalen, richtten de onderzoekers zich op waterstof en zijn zwaardere deuteriumisotoop. Isotopen zijn atomen van dezelfde elementen die hetzelfde aantal protonen, maar een verschillend aantal neutronen hebben. Het verschil in de massa van isotopen resulteert in subtiele verschillen in hun gedrag tijdens chemische reacties. Het betekent dat de verhouding tussen waterstof en deuterium in water wetenschappers meer kan vertellen over de omstandigheden waaronder de moleculen ontstonden. Zo bezit interstellair waterijs bijvoorbeeld relatief veel deuterium, omdat de temperaturen waarbij het ontstaat heel laag zijn.

Model
De onderzoekers creëerden vervolgens (computer) modellen (1) die de protoplanetaire schijf simuleerden.

Ze zorgden ervoor dat in deze protoplanetaire schijf alle deuterium reeds door chemische processen was verdwenen en het systeem ‘vanuit niets’ ijs met deuterium moest gaan creëren. De grote vraag was of het de protoplanetaire schijf zou lukken om met dezelfde verhouding deuterium-waterstof te komen die we in meteorieten, oceanen en kometen (resten van het ontstaan van het zonnestelsel) aantreffen.

De onderzoekers ontdekten dat dat de protoplanetaire schijf niet lukte en dat vertelt ze dat in ieder geval een deel van het water in ons zonnestelsel oorspronkelijk uit de interstellaire ruimte komt en ouder is dan onze zon.

“Dat wijst erop dat overvloedig voorkomend interstellair ijs rijk aan organische stoffen waarschijnlijk in alle jonge planetaire schijven te vinden is.”

 

http://www.nu.nl/wetenschap/3888351/veel-water-aarde-ouder-dan-zon–.html

Zeker de helft van het water op onze planeet moet afkomstig zijn uit de interstellaire wolk van stof en gas waaruit uiteindelijk de zon ontstond.  (reactie 1)

Dat betekent dat ook planeten buiten ons zonnestelsel net als de aarde overvloedig veel water kunnen bevatten.

Britse en Amerikaanse onderzoekers komen tot die conclusie in het wetenschappelijk tijdschrift Science.

 

“Door de afkomst van het water op aarde te identificeren, kunnen we zien dat de manier waarop ons zonnestelsel is ontstaan niet uniek is en dat ook exoplaneten kunnen zijn ontstaan in omgevingen met veel water”, verklaart hoofdonderzoeker Tim Harries op de nieuwssite van de Universiteit van Exeter.

“Daardoor is het aannemelijker dat op sommige exoplaneten de juist omstandigheden voor leven zijn geëvolueerd.”

 

(1)

In theorie kunnen de eerste ijsdeeltjes zijn ontstaan in de interstellaire wolk waaruit de zon werd geboren, of pas later in de zogenoemde protoplanetaire schijf van rotsblokken en gassen waaruit alle andere planeten ontstonden.

De wetenschappers creërden een computermodel waarin de geboorte van ijsdeeltjes werd nagebootst in de protoplanetaire schijf.

Isotopen

Uit het onderzoek blijkt dat onder de omstandigheden in de protoplanetaire schijf geen ijs kan ontstaan dat op atoomniveau overeenkomt met het water op aarde.

De onderzoekers keken vooral naar de isotopen van water. Het water op aarde heeft relatief veel zware deuteriumisotopen. Het waterstof dat in de computersimulatie ontstond, bevatte minder van deze isotopen.

Dat betekent volgens de onderzoekers dat een groot deel van het water op aarde al moet dateren van voor het ontstaan van de zon.

 

REACTIES : 

  • (1)  de gaswolk (en dus ook het water dat er in zat) ouder is dan de zon die er uit ontstond. Maar dan kun je net zo goed zeggen dat het heelal vermoedelijk ouder is dan die wolk en daarmee ook al het water in het heelal. (2) 

 

  • De ouderdom van een gegeven partij water  :
 …….van een specifiek watermolecuul kun je inderdaad niet zomaar de leeftijd bepalen. Individuele H en O atomen bestaan al sinds ze via kernfusie gemaakt zijn(in het geval van H is dat kort na de oerknal gevormd). Dus je kunt voor een gegeven watermolecuul inderdaad niet nagaan hoe lang geleden de chemische reactie heeft plaatsgevonden die er H2O van maakte.

Wat je wel kan doen is een statistische analyse uitvoeren op een extreem groot aantal H2O moleculen.

Dit stuk uit het artikel is het belangrijkst:

Schijf
Tot nu toe was het onduidelijk wanneer het eerste water op aarde en andere planeten in ons zonnestelsel ontstond.
In theorie kunnen de eerste ijsdeeltjes zijn ontstaan in de interstellaire wolk waaruit de zon werd geboren, of pas later in de zogenoemde protoplanetaire schijf van rotsblokken en gassen waaruit alle andere planeten ontstonden.

De onderzoekers keken vooral naar de isotopen van water. Het water op aarde heeft relatief veel zware deuteriumisotopen.

Het waterstof dat in de computersimulatie ontstond, bevatte minder van deze isotopen.
Dat betekent volgens de onderzoekers dat een groot deel van het water op aarde al moet dateren van voor het ontstaan van de zon. ‘

Dit is toch een redelijk helder onderzoek waaruit je goede conclusies kan trekken. In die computersimulatie gebruiken bootsen ze gedetailleerd de natuurwetten na die men met de wetenschappelijke methode heeft geverifieerd. De computersimulatie laat zien dat als die wetten kloppen en we ervanuitgaan dat het overgrote deel van het water niet ouder is dan de zon we een andere isotopen samenstelling zouden moeten hebben dan nu het geval is.

En daarom is het safe om te concluderen dat een groot deel van het water zich niet tijdens het ontstaan van het zonnestelsel heeft gevormd maar daarvoor juist is ontstaan.

(2)  Water in de interstellaire wolk of de planataire stof schijf waaruit het  zonnestelsel onstond   wijst er  zonder meer   op dat water een veel voorkomend iets is, ook in andere zonnestelsels. En dat maakt de kans op buitenaards leven zoals dat van ons , weer groter.
Interstellaire wolken.: Als een ster door zo’n gebied passeert kan dit materiaal ook haar eventueel begeleidende planeten bereiken . Materiaal in die interstellaire gasnevels kan vele malen ouder zijn dan “nieuwe “sterren.…Sterker nog, onze ster is uit zo een gaswolk met onder andere waterstof ontstaan, dus is het helemaal niet gek dat het water in onze zon en planeet, veel ouder is.

H2O is overal H2O.

Maar ook hier op Aarde bevinden zich natuurlijk nog vele andere atomen in het ‘water’ als zijnde de vloeibare mix(=  een waterige oplossing ) van atomen. Meestal heeft men het trouwens over waterstof wanneer men over water in de interstellaire  ruimte spreekt. ….. Zuurstof is veel zeldzamer en kan  in die  waterstof wolken worden gebracht  door  supernova’s die reeds de elementen – producten van hun (diversie )fusie verleden als sterren  ,  kunnen  verspreiden in de interstellare gaswolken  door  te  ontploffen  als eindstadium van hun evolutie -levensloop …..  
 

 

 

°

 

AGREGATIETOESTANDEN =

De temperaturen waarbij water van vorm verandert zijn zeer hoog. Het smeltpunt – het punt waarop ijs overgaat in vloeibaar water – ligt op 0°C en wordt ook wel het vriespunt genoemd.

Het kookpunt – het punt waarop vloeibaar water overgaat in waterdamp ligt op 100°C. Er is dus veel warmte-energie nodig om ijs de doen smelten en water te doen koken.

°

IJS

Een  belangrijk kenmerk van water is dat ze in vaste toestand een lagere dichtheid bezit dan in vloeibare toestand. Bij de meeste stoffen is dit namelijk juist andersom.

Op deze manier is ijs in staat om op vloeibaar water te blijven drijven. De moleculen van ijs zijn namelijk veel losser met elkaar verbonden dan moleculen van vloeibaar water, die sterk geordende groepjes vormen.

Terwijl vloeibaar water in staat is om grote hoeveelheden warmte-energie van de zon te absorberen, zal ijs deze juist in sterke mate terugkaatsen in de ruimte. ( albedo  van witte  polen ,bergtoppen  en hoogvlaktes )

Dankzij deze eigenschap helpt ijs dus mee aan het stabiel houden van het wereldklimaat (zonder het ijs op de polen zou de oceaan dus te veel warmte absorberen).
IJs houdt met behulp van waterstofbindingen haar moleculen samen in een vaste structuur. In vloeibaar water zijn deze moleculen gebonden in beweeglijke groepen, en in waterdamp zijn de waterstofbindingen verbroken door toedoen van warmte-energie.

 

watermoleculen en kristalstructuur

De sterkste intermoleculaire binding is de waterstofbrug, waterstofbinding, H-brug of H-binding (vier namen voor hetzelfde begrip).
Voor de waterstofbrug is enerzijds een waterstofatoom nodig dat gebonden is aan een N-, een O- of een F-atoom. Anderzijds is er een “vrije kant” nodig van een N-, O- of F-atoom. Deze vrije kan
t is d– geladen, het H-atoom is d+ en er zal een aantrekkingskracht zijn. Deze aantrekkingskracht is sterker dan bij een gewone dipool. (De reden is onder andere dat N-, O- en F-atomen vrij klein en zeer elektronegatief zijn.)
Hoewel de waterstofbrug vrij sterk is in vergelijking met de Vanderwaals-Londonkracht en
dipoolbinding, is hij in water nog ongeveer 20 keer zo zwak als de atoombinding tussen H en O.
Het kristalrooster van ijs wordt bijeengehouden door  waterstofbruggen.

—>  Stoffen die waterstofbruggen kunnen vormen, zullen goed in water oplossen. Zo is ammoniak (NH3) bij 0 °C een gas. Bij deze temperatuur kan er in een liter water 1 176 liter gasvormig ammoniak oplossen. Een oplossing van ammoniak in water heet ammonia.

 

 

 

 

– ZEEIJS

–LANDIJS  

– Kosmisch ijs

°

VLOEIBAAR  WATER 

 

Vloeibaar water werkt als een uitstekend oplosmiddel ( = eigenlijk  het beste en  vooral  meest veelzijdige oplosmiddel dat we kennen ) dankzij de onbalans in de elektronenverdeling van haar moleculen. Wanneer natriumchloride (NaCl) in water opgelost is, zitten de negatief geladen chloride-ionen vast aan de positief geladen waterstofatomen van water (H2O). De positief geladen natrium-ionen zitten op hun beurt vast aan de negatief geladen zuurstofatomen.

 

 

– ZOUT WATER

In het water van onze zeeën en oceanen zijn verscheidene chemische stoffen opgelost. De meeste van deze stoffen bevinden zich maar in zeer kleine concentraties in het water, maar enkele uitzonderingen komen er in enorme hoeveelheden voor. Deze vormen de basis van zeezout, een mengsel van geladen deeltjes (ionen). Naast zeezout zitten er ook nog enkele gassen in het zeewater.

De ionen die deel uitmaken van het zeezout, kunnen positief of negatief geladen zijn. De meest voorkomende ionen in onze oceanen en zeeën zijn natrium (Na) en chloor (Cl). Deze vormen samen natriumchloride (NaCl), wat identiek hetzelfde is als gewoon ‘keukenzout’. Zij beslaan ongeveer 85% van alle opgeloste stoffen in zeewater.

De overige 15% bestaat voornamelijk uit zwavel (S) of sulfaten, magnesium (Mg), calcium (Ca) en Kalium (K). De ionen komen wereldwijd en vrij gelijkmatig verdeeld in alle zeeën en oceanen voor.

 

– ZOETWATER

Een belangrijk kenmerk van vloeibaar water is haar hoge oppervlaktespanning. Watermoleculen hebben namelijk sterk de neiging om elkaar aan te trekken (als gevolg van de onbalans in de elektronenverdeling). Op deze wijze wordt aan het oppervlak een laagje gevormd dat een zekere bescherming biedt tegen storingen.

Ook in een waterdruppel, is dit laagje zeer goed zichtbaar. Oppervlaktespanning kan in feite worden gedefinieerd als de kracht die men nodig heeft om door dit laagje heen te breken.

In een druppel wordt in alle richtingen aan de watermoleculen getrokken door middel van de vorming van waterstofbindingen. Zo zitten er in een waterdruppel van 1 ml maar liefst 30.000.000.000.000.000.000.000 verschillende moleculen die elkaar aantrekken.

 

Bepaalde insecten, zoals deze schaatsenrijder, maken gebruik van de oppervlaktespanning van(zoet) water om op het oppervlak van vijvers of rivieren te kunnen lopen. De schaatsenrijder kan namelijk niet voldoende kracht inzetten om door het oppervlaktelaagje heen te breken.

 

°

WATERDAMP 

-ATMOSFEER

  1. Sneeuw
  2. Hagel
  3. Dauw
  4. Regen

-BROEIKASGAS

-STOOM

°

WATERKRINGLOOP

 

 

Links

http://www.bloggen.be/aqualife/archief.php?ID=1418031

http://www.lenntech.nl/water-chemie-faq.htm#ixzz3EQIwLV00

Over tsjok45
Gepensioneerd . Improviserend jazzmuzikant . Instant composer. Jamsession fanaat Gentenaar in hart en nieren

One Response to Water als scheikundige stof

  1. Pingback: INHOUD CHEMIE | Tsjok's blog

Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit / Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit / Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit / Bijwerken )

Google+ photo

Je reageert onder je Google+ account. Log uit / Bijwerken )

Verbinden met %s

%d bloggers op de volgende wijze: