Φυσικές ιδιότητες
Το νερό έχει πολλές σημαντικές φυσικές ιδιότητες. Αν και αυτές οι ιδιότητες είναι γνωστές λόγω της πανταχού παρουσίας του νερού, οι περισσότερες από τις φυσικές ιδιότητες του νερού είναι αρκετά άτυπες. Δεδομένης της χαμηλής γραμμομοριακής μάζας των συστατικών μορίων του, το νερό έχει ασυνήθιστα μεγάλες τιμές ιξώδους, επιφανειακή τάση, θερμότητα εξάτμισης και εντροπία εξάτμισης, τα οποία μπορούν να αποδοθούν στις εκτεταμένες αλληλεπιδράσεις σύνδεσης υδρογόνου που υπάρχουν στο υγρό νερό. Η ανοιχτή δομή του πάγου που επιτρέπει τη μέγιστη σύνδεση υδρογόνου εξηγεί γιατί το στερεό νερό είναι λιγότερο πυκνό από το υγρό νερό - μια εξαιρετικά ασυνήθιστη κατάσταση μεταξύ των κοινών ουσιών.
| Επιλεγμένες φυσικές ιδιότητες του νερού | |
|---|---|
| μοριακή μάζα | 18,0151 γραμμάρια ανά γραμμομόριο |
| σημείο τήξης | 0,00 ° C |
| σημείο βρασμού | 100,00 ° C |
| μέγιστη πυκνότητα (στους 3,98 ° C) | 1.0000 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό |
| πυκνότητα (25 ° C) | 0,99701 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό |
| πίεση ατμών (25 ° C) | 23,75 torr |
| θερμότητα σύντηξης (0 ° C) | 6,010 κιλό ανά γραμμομόριο |
| θερμότητα εξάτμισης (100 ° C) | 40,65 κιλά ανά γραμμομόριο |
| θερμότητα σχηματισμού (25 ° C) | 5285,85 κιλόι ανά γραμμομόριο |
| εντροπία εξάτμισης (25 ° C) | 118,8 joules ανά ° C mol |
| ιξώδες | 0,8903 centipoise |
| επιφανειακή τάση (25 ° C) | 71,97 dynes ανά εκατοστό |
Χημικές ιδιότητες
Αντιδράσεις οξέος-βάσης
Το νερό υφίσταται διάφορους τύπους χημικών αντιδράσεων. Μία από τις πιο σημαντικές χημικές ιδιότητες του νερού είναι η ικανότητά του να συμπεριφέρεται τόσο ως οξύ (δότης πρωτονίων) όσο και ως βάση (δέκτης πρωτονίων), η χαρακτηριστική ιδιότητα των αμφοτερικών ουσιών. Αυτή η συμπεριφορά φαίνεται πιο καθαρά στην αυτοματοποίηση του νερού: H 2 O (l) + H 2 O (l) ⇌ H 3 O + (aq) + OH - (aq), όπου το (l) αντιπροσωπεύει την υγρή κατάσταση, το (aq) δείχνει ότι το είδος διαλύεται σε νερό και τα διπλά βέλη δείχνουν ότι η αντίδραση μπορεί να συμβεί σε οποιαδήποτε κατεύθυνση και υπάρχει κατάσταση ισορροπίας. Στους 25 ° C (77 ° F) από τη συγκέντρωση του ενυδατωμένου H + (δηλαδή, H 3 O +, γνωστό ως το ιόν υδρονίου) σε νερό είναι 1,0 × 10 -7 Μ, όπου το Μ αντιπροσωπεύει moles ανά λίτρο. Δεδομένου ότι ένα ΟΗ - ιόντων παράγεται για κάθε H 3 O + ιόν, η συγκέντρωση του ΟΗ - στους 25 ° C είναι επίσης 1,0 × 10 -7 Μ σε νερό στους 25 ° C το H 3 O + συγκέντρωση και η ΟΗ - συγκέντρωση πρέπει να είναι πάντα 1,0 × 10 −14: [H +] [OH -] = 1,0 × 10 −14, όπου [H +] αντιπροσωπεύει τη συγκέντρωση των ενυδατωμένων ιόντων Η + σε γραμμομόρια ανά λίτρο και [OH -] αντιπροσωπεύει τη συγκέντρωση ΟΗ - ιόντα σε γραμμομόρια ανά λίτρο.
Όταν ένα οξύ (μια ουσία που μπορεί να παράγει ιόντα Η +) διαλύεται σε νερό, τόσο το οξύ όσο και το νερό συνεισφέρουν ιόντα Η + στο διάλυμα. Αυτό οδηγεί σε μια κατάσταση στην οποία η συγκέντρωση H + είναι μεγαλύτερη από 1,0 × 10 −7 M. Δεδομένου ότι πρέπει πάντα να είναι αλήθεια ότι [H +] [OH -] = 1,0 × 10 −14 στους 25 ° C, το [OH -] πρέπει να μειωθεί σε κάποια τιμή κάτω από 1,0 × 10 −7. Ο μηχανισμός για τη μείωση της συγκέντρωσης της ΟΗ - περιλαμβάνει την H αντίδραση + + ΟΗ - → H 2 O, η οποία λαμβάνει χώρα στον βαθμό που απαιτείται για να αποκατασταθεί το προϊόν της [H +] και [ΟΗ -] έως 1,0 × 10 -14 Μ Έτσι, όταν προστίθεται ένα οξύ στο νερό, το προκύπτον διάλυμα περιέχει περισσότερο Η + από το ΟΗ -. δηλαδή, [H +]> [OH -]. Ένα τέτοιο διάλυμα (στο οποίο [H +]> [OH -]) λέγεται ότι είναι όξινο.
Η πιο συνηθισμένη μέθοδος για τον προσδιορισμό της οξύτητας ενός διαλύματος είναι το pH του, το οποίο ορίζεται σε όρους συγκέντρωσης ιόντων υδρογόνου: pH = −log [H +], όπου το λογότυπο συμβόλου αντιπροσωπεύει λογάριθμο βάσης-10. Σε καθαρό νερό, στο οποίο [H +] = 1,0 × 10 −7 M, το pH = 7,0. Για όξινο διάλυμα, το ρΗ είναι μικρότερο από 7. Όταν μια βάση (μια ουσία που συμπεριφέρεται ως δέκτης πρωτονίων) διαλύεται σε νερό, η συγκέντρωση H + μειώνεται έτσι ώστε [OH -]> [H +]. Ένα βασικό διάλυμα χαρακτηρίζεται από το ότι έχει pH> 7. Συνοπτικά, σε υδατικά διαλύματα στους 25 ° C:
| ουδέτερη λύση | [H +] = [OH -] | pH = 7 |
| όξινο διάλυμα | [H +]> [OH -] | pH <7 |
| βασική λύση | [OH -]> [Η +] | pH> 7 |
