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Hydroxid

Hydroxid

Hydroxide sind salzähnliche Stoffe, die Hydroxid-Ionen (OH^-) als negative Gitterbausteine (Anionen) enthalten. Lösliche Hydroxide wie Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid bilden mit Wasser stark alkalische Lösungen (Laugen), die unter der Bezeichnung Natronlauge und Kalilauge bekannt sind. Weniger gut lösliche Hydroxide, z.B. Bariumhydroxid oder Calciumhydroxid bilden mit Wasser schwach alkalische Suspensionen. Die gesättigten Lösungen bezeichnet man als Barytwasser oder Kalkwasser.

Struktur wässriger Hydroxidlösungen

In wässriger Lösung ist das Hydroxidion in der Regel von vier bis fünf Wassermolekülen umgeben. Dabei sind vier Wassermoleküle so um das Sauerstoff-Atom des OH^- angeordnet, dass sie jeweils eine Wasserstoffbrücke zu diesem ausbilden können (sie zeigen also mit einem Proton auf das OH^-). Diese vier Wassermoleküle befinden sich näherungsweise in einer Ebene mit dem OH^--Ion, also in einer anderen Geometrie als bei der (wie bei sp³-Hybridisierung erwartet) annähernd tetraedrischen Anordnung der Elektronenpaare im Wasser und im H₃O⁺. Das OH^--Ion kann mit seinem Proton auch eine - allerdings schwache - Wasserstoffbrücke ausbilden, so dass die Komplexe [OH^-(H₂O)₄] und [OH^-(H₂O)₅] auftreten, je nachdem, ob diese ausgebildet ist oder nicht.

Siehe auch

- Base (Chemie)
- Portal:Chemie Kategorie:Stoffgruppe

Salze

Salze sind chemische Verbindungen (häufig aus Metall und Nichtmetall), die eine aus Ionen bestehende Kristallstruktur haben. Salze sind für den Menschen unentbehrlich. Das wichtigste Salz ist das Kochsalz (=Natriumchlorid). Es wurde im Mittelalter auch das „weiße Gold genannt“. Salz war stets ein wichtiges Handelsgut. Es fand sogar mehrfache Erwähnung in der Bibel. Viele Städte tragen das Wort Salz (oder das Keltische Wort Hall) im Namen. (zum Beispiel Halle, Reichenhall, Hallein, Hall, Schwäbisch Hall, Salzburg, Salzgitter, Bad Salzuffeln, Salzdettford, Bad Salzschlirf). Menschen gewinnen Salz entweder durch Meerwasserentsalzung, Salzstöcke oder aus Solen. Städte, die im Mittelalter über Salzlager verfügten waren in der Regel dadurch sehr reich. Gebrauch von Salzen: Kochsalz, Soda (für Seifensiedereien, Glashütten), Waschstoff, Chlorherstellung (Bleich- und Desinfektionsmittel, für die PVC-Herstellung), Streusalz, Charakteristische Eigenschaften von Salzen:
- Salze sind aus Ionen aufgebaut
- Salzschmelzen und wässrige Lösungen leiten den elektrischen Strom (freie bewegliche Elektronen)
- Salzkristalle leiten den elektrischen Strom nicht!
- Salze sind bei Raumtemperatur Feststoffe. Sie haben einen hohen Schmelzpunkt
- Salzkristalle sind hart und spröde
- Sie bestehen immer aus einem oder mehreren Metallion und einem oder mehreren Säurerestion
- Nach „außen“ hin sind Salze ungeladen
- Salze besitzen in der Regel eine hohe Schmelz- und Siedetemperatur, eine geringe Härte, meist eine geringe thermische Ausdehnung und Kompressibilität. Beispiele: Salpeter, Kochsalz

Möglichkeiten der Salzbildung in Natur und im Labor

1. Reaktionsprodukte einer Säure mit einer Base. Die allgemeine Reaktionsgleichung dazu lautet: Säure + Base → Salz + Wasser.
- Beispiel 1 Salzsäure + Natriumhydroxid → Natriumchlorid + Wasser HCl (aq) + NaOH (aq) → NaCl (aq) + H₂O (l)
- Beispiel 2 Schwefelsäure + Bariumhydroxid → Bariumsulfat + Wasser H₂SO₄ (aq) + Ba(OH)₂ (aq) → BaSO₄ (s) + 2 H₂O (l) 2. Salzbildung aus Metalloxid und Säure
- Beispiel Herstellung von frischem Kalkwasser Kalziumoxid wird mit Wasser vermischt (und anschließend filtriert) CaO + H₂O → Ca(OH)₂ 3. Salzbildung aus Nichtmetalloxid und Lauge Entsprechend der obigen Reaktion verbinden sich Nichtmetalle mit Lauge zu Salzen Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O + E Anmerkung: Im Grunde entsprechen die Wege 2. und 3. dem ersten, da in Nichtmetalloxide mit Wasser Säuren bildet und Metalloxide mit Wasser Laugen entstehen lassen. 4. Salzbildung aus den Elementen Metalle und Nichtmetalle reagieren teilweise heftig miteinander und bilden dabei Salz.
- Beispiel' Mg + I₂ → MgI₂
Typen von Salzen
Salze setzen sich immer aus Metallionen und Säurerestionen zusammen. Demzufolge kann man sie nach den Metallionen oder den Säureresten klassifizieren. Letzteres ist umgangssprachlich häufiger, wenn z.B. von Phosphaten die Rede ist. Hier eine Übersicht über verschiedene Salze nach ihren Säureresten geordnet:
- Halogensalze
- Bromide
- Chloride
- Fluoride
- Iodide
- Salze von anorganischen Säuren
- Azide
- Borate
- Carbonate
- Chlorate
- Cyanate
- Cyanide
- Dihydrogenphosphate
- Hydrogencarbonate
- Hydrogenphosphate
- Hydrogensulfate
- Hydrogensulfide
- Hydrogensulfite
- Hypochlorite
- Iodate
- Iodite
- Isocyanate
- Nitrate
- Nitrite
- Perchlorate
- Periodate
- Phosphate
- Sulfate
- Peroxodisulfate
- Sulfide
- Disulfide
- Sulfite
- Thiocyanate (Rhodanide)
- Salze von organischen Säuren
- Acetate
- Butyrate
- Citrate
- Formiate
- Glutamate
- Lactate
- Pyruvate
- andere Salze
- Carbide
- Oxide
- Peroxide
- Silikate
- Friedelsches Salz
Siehe auch

- Doppelsalze, Speisesalz Kategorie:Stoffgruppe ja:塩 simple:Salt

Anion

Ein negativ geladenes Ion heißt Anion. Da negativ geladene Ionen bei einer Elektrolyse zur Anode (dem Pluspol) wandern, wurde für sie der Name Anion gewählt. Anionen entstehen aus Atomen bzw. Molekülen durch Elektronenaufnahme oder – bei Säuren – durch Protonenabgabe
- Es gibt einfach, zweifach und dreifach geladene Anionen. Beispiele:
- F + 1 e^- → F^- einfach negativ geladenes Fluoridion
- S + 2 e^- → S^2- zweifach negativ geladenes Sulfidion
- N + 3 e^- → N^3- dreifach negativ geladenes Nitridion
- Es gibt auch Anionen, die aus mehreren Atomen zusammengesetzt sind, man spricht dabei auch von Molekülionen, z.B.
- HSO₄^- Hydrogensulfat-Ion
- SO₄^2- Sulfat-Ion
- HCO₃^- Hydrogencarbonat-Ion
- CO₃^2- Carbonat-Ion
- PO₄^3- Phosphat-Ion
- CH₃COO^- Acetat-Ion
- einfache chemische Reaktionen, bei denen Anionen beteiligt sind:
- NaCl → Na⁺ + Cl^-
- MgCl₂ → Mg²⁺ + 2 Cl^-
- FeCl₃ → Fe³⁺ + 3 Cl^-
- Na₂CO₃ → 2 Na⁺ + CO₃^2-
- Fe₂(SO₄)₃ → 2 Fe³⁺ + 3 SO₄^2- Siehe auch: Kation Salze Liste von Anionen Kategorie:Atomphysik Kategorie:Chemie ja:陰イオン

Natriumhydroxid

Natriumhydroxid (auch Ätznatron, kaustisches Soda), chemische Formel NaOH, ist ein weißer hygroskopischer Feststoff mit einem Schmelzpunkt von 319 °C und einer Dichte von 2,13 g/cm³. In Wasser löst es sich unter großer Wärmeentwicklung zur stark alkalisch reagierenden Natronlauge auf. Mit dem Kohlenstoff der Luft reagiert es zu Natriumcarbonat und muss deshalb in verschlossenen Behältern aufbewahrt werden. Als starke Base verdrängt es schwächere und flüchtige Basen aus ihren Salzen.

Herstellung

- Umsetzung von Natriumcarbonat mit Calciumhydroxid zu Natriumhydroxid und Calciumcarbonat:

\mathrm

Das wenig lösliche Calciumcarbonat wird abfiltriert. Im Filtrat verbleibt das gut lösliche Natriumhydroxid.
- Elektrolyse von Natriumchlorid zu Natronlauge, Wasserstoff und Chlorgas (Chloralkali-Elektrolyse). Es existieren mehrere industrielle Verfahren: # Amalgam-Verfahren # Diaphragma-Verfahren # Membran-Verfahren Allen Verfahren gemein sind zusätzliche Reinigungs- und Aufkonzentrierungsstufen, um zu wasserfreiem Natriumhydroxid zu gelangen.
- Im Labor kann man Natriumhydroxid durch Reaktion von elementarem Natrium mit Wasser unter Bildung von Natronlauge und Wasserstoff gewinnen (1). Nach dem Eindampfen der Natronlauge bleibt festes Natriumhydroxid zurück (2). (1)

\mathrm

(2)

\mathrm

Verwendung

- Herstellung von Seifen
- Herstellung von Farbstoffen
- Herstellung von Cellulose aus Holz und Stroh
- Herstellung von Kunstseide
- Merzerisieren von Baumwolle
- Fett-, Öl- und Petroleumreinigung
- Bauxitaufschluss (Vorstufe in der Aluminiumherstellung)
- Synthese verschiedener Chemikalien (beispielsweise Natriumhypochlorit, Natriumphosphat, Natriumsulfid, Natriumaluminat)
- Herstellung von entmineralisiertem Wasser: Regeneration von Ionentauschern
- Entwickeln von belichtetem Platinenmaterial in der Elektronik
- Bestandteil von Rohrreinigern
- Herstellung von Brezeln für die braune Färbung und den "seifigen" Geschmack
- Regenerierung von Vollentsalzern für Labor- und Aquarium-Bedarf
- Ätzen von Messing/ Neusilber und Kupferplatten für den Modellbauer

Sicherheitshinweise

- Wegen Erblindungsgefahr ist eine Schutzbrille zu verwenden.
- Schutzhandschuhe tragen.
- In einem dicht verschlossenen Kunststoffbehälter aufbewahren.

Weblinks

- [http://dc2.uni-bielefeld.de/dc2/wsu-teok/kap_055.htm Herstellung von Natriumhydroxid nach dem Amalgam-, Diaphragma- und dem Membranverfahren] Kategorie:Chemische Verbindung ja:水酸化ナトリウム

Wasser

Wasser ist eine chemische Verbindung aus den Elementen Sauerstoff und Wasserstoff. Die Bezeichnung Wasser wird besonders für den flüssigen Aggregatzustand verwendet, im festen, also gefrorenen Zustand wird es Eis genannt, im gasförmigen Zustand Wasserdampf oder einfach nur Dampf. Dampf

Etymologie und alternative Bezeichnungen

Das Wort Wasser leitet sich vom althochdeutschen wazzar „das Feuchte, Fließende“ ab. Andere chemische Bezeichnungen für Wasser sind:
- Wasserstoffoxid (auf deutsch die korrekte, weil einfachste Bezeichnung)
- Diwasserstoffmonoxid, Wasserstoffhydroxid, Dihydrogeniumoxid, Hydrogeniumoxid, Hydrogeniumhydroxid oder Dihydrogenmonoxid

Vorkommen

Erde

Große Teile der Erde sind vom Wasser bedeckt, wobei dies besonders auf der Südhalbkugel der Fall ist und sich als Extrem an der Wasserhalbkugel zeigt. Die Versorgung der Weltbevölkerung mit hygienisch und toxikologisch unbedenklichem Trinkwasser, sowie einer ausreichenden Menge Nutzwasser, stellt eine der größten Herausforderungen der Menschheit in den nächsten Jahrzehnten dar. Die Wasservorkommen der Erde belaufen sich auf circa 1 386 Millionen km³, wovon allein 1 338 Millionen km³ (96,5 %) auf das Salzwasser der Weltmeere entfallen. Nur 48 Millionen km³ (3,5 %) des irdischen Wassers liegen als Süßwasser vor. Das mit 24,4 Millionen km³ (1,77 %) meiste Süßwasser ist dabei als Eis an den Polen, Gletschern und Dauerfrostböden gebunden und somit nicht der Nutzung zugänglich. Einen weiteren wichtigen Anteil macht das Grundwasser mit 23,4 Millionen km³ aus. Das Wasser der Fließgewässer und Binnenseen (190 000 km³), der Atmosphäre (13 000 km³), des Bodens (16 500 km³) und der Lebewesen (1 100 km³) ist im Vergleich rein mengenmäßig recht unbedeutend. Dabei ist jedoch nur ein geringer Teil des Süßwassers auch als Trinkwasser verfügbar. Insgesamt liegen 98,233 % des Wassers in flüssiger, 1,766 % in fester und 0,001 % in gasförmiger Form vor. In seinen unterschiedlichen Formen weist das Wasser dabei spezifische Verweilzeiten auf und zirkuliert fortwährend im globalen Wasserkreislauf. Diese Anteile sind jedoch nur näherungsweise bestimmbar und wandelten sich auch stark im Laufe der Klimageschichte, wobei im Zuge der globalen Erwärmung von einem Anstieg des Wasserdampfanteils ausgegangen wird.

Sonnensystem

Auch außerhalb der Erde kommt zwar Wasser vor, aber nur in sehr geringen Mengen und dann als Eis oder Wasserdampf. Als Eis wurde Wasser in Kometen („schmutzige Schneebälle“), auf dem Mars und auf einigen Monden der äußeren Planeten nachgewiesen. Viele Hinweise deuten darauf hin, dass der Mars in der Frühzeit seiner Entwicklung offene Wasserflächen enthielt. Zu den Monden zählen die Jupitermonde Europa, Ganymed und Kallisto, der Neptunmond Triton, sowie Charon, der einzige bekannte Mond Plutos. Hinweise auf das Vorhandensein von Eis in Meteoritenkratern in Polnähe gibt es sogar bei Merkur, dem sonnennächsten Planeten. Es ist möglich, dass auf dem Erdenmond in den Polregionen am Grund tiefer Krater Eisvorkommen als Relikte von Kometeneinschlägen überlebt haben. Solche Vorkommen wären wichtige Wasser- und Sauerstoffquellen für künftige Mondbasen, sind jedoch bis auf weiteres spekulativ.

Herkunft

Hauptartikel: Herkunft des irdischen Wassers Die Herkunft des Wassers auf der Erde, insbesondere die Frage, warum auf der Erde deutlich mehr Wasser vorkommt als auf den anderen erdähnlichen Planeten, ist bis heute nicht befriedigend geklärt. Ein Teil des Wassers dürfte durch das Ausgasen der Magma entstanden sein, also letztlich aus dem Erdinneren stammen. Ob dadurch aber die Menge an Wasser erklärt werden kann, ist fragwürdig. Weitere große Anteile könnten aber auch durch Einschläge von Kometen, transneptunischen Objekten oder wasserreichen Asteroiden (Protoplaneten) aus den äußeren Bereichen des Asteroidengürtels auf die Erde gekommen sein. Messungen des Isotopenverhältnisses von Deuterium zu Protium (D/H-Verhältnis) deuten dabei eher auf Asteroiden hin, da in Wassereinschlüssen in kohligen Chondriten ähnliche Verhältnisse gefunden wurden wie in ozeanischem Wasser, wohingegen bisherige Messungen dieses Isotopenverhältnisses an Kometen und transneptunischen Objekten nur schlecht mit irdischem Wasser übereinstimmten.

Wassermolekül

Chondriten Chondriten Hauptartikel: Wassermolekül Das Molekül des Wassers besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Geometrisch ist das Wassermolekül gewinkelt, so dass die zwei Wasserstoffatome und die zwei Elektronenpaare in die Ecken eines gedachten Tetraeders gerichtet sind. Der Winkel, den die beiden O-H-Bindungen einschließen beträgt 104,45°. Er weicht aufgrund des erhöhten Platzbedarfs der freien Elektronenpaare vom idealen Tetraederwinkel (~109,47°) ab. Die Bindungslänge der O-H-Bindungen beträgt jeweils 95,84 Picometer. Sauerstoff hat in der Pauling-Skala mit 3,5 eine höhere Elektronegativität als Wasserstoff mit 2,1. Das Wassermolekül weist dadurch ausgeprägte Partialladungen auf. In Kombination mit der dreieckigen Geometrie kommt es auf der Seite des Sauerstoffs zu einer negativen und auf der Seite der beiden Wasserstoffatome zu einer positiven Polarität. Diese bewirkt das Dipolmoment, das in der Gasphase 1,84 Debye beträgt. Wassermoleküle wechselwirken miteinander über Wasserstoffbrückenbindungen und besitzen dadurch ausgeprägte zwischenmolekulare Anziehungskräfte. Es handelt sich dabei um keine beständige, feste Verkettung. Der Verbund der über Wasserstoffbrückenbindungen unbeständig verketteten Wassermoleküle besteht nur Bruchteile von Sekunden, wonach sich die einzelnen Moleküle wieder aus dem Verbund lösen und sich in einem ebenso kurzen Zeitraum erneut verketten. Dieser Vorgang wiederholt sich ständig und führt letztendlich zur Ausbildung eines variablen Clusters. Hierdurch werden wichtige Eigenschaften wie die Dichteanomalie hervorgerufen. Je nach Isotopenzusammensetzung des Wassermoleküls unterscheidet man „schweres Wasser“, „halbschweres Wasser“ und „überschweres Wasser“.

Eigenschaften des Wassers

Hauptartikel: Eigenschaften des Wassers, Stoffdaten des Wassers

Synthese, Elektrolyse und Nachweis

Wasser wurde zum ersten Mal synthetisiert, als Henry Cavendish ein Gemisch aus Wasserstoff und Luft zum Explodieren brachte. Da Wasserstoff in der Zukunft Energieträger werden soll, ist geplant, durch die Elektrolyse des Wassers diesen Wasserstoff zu gewinnen. Allerdings ist ein hoher Energieaufwand für die Elektrolyse nötig. Mittlerweile ist es Forschern gelungen, Wasser durch Anwesenheit eines Katalysators nur mittels Sonnenlicht in Sauerstoff und Wasserstoff aufzuspalten: :

\mathrm

Wasser färbt weißes Kupfersulfat hellblau und blaues Cobalt(II)-chloridpapier wird durch Wasser rot gefärbt, Karl-Fischer-Titration.

Geschichte der Wassernutzung

Hauptartikel: Geschichte der Wassernutzung Die Geschichte der menschlichen Nutzung des Wassers und somit jene der Hydrologie, der Wasserwirtschaft und besonders des Wasserbaus, ist durch eine vergleichsweise geringe Zahl von Grundmotiven geprägt. Von den ersten sesshaftwerdenen Menschen zu den Hochkulturen der Antike über das Mittelalter bis zur Neuzeit, stand im Zentrum immer ein Konflikt zwischen einem zu viel und einem zu wenig an Wasser. Ihm war man dabei fast immer ausgeliefert, ob durch Dürren die Ernte einging oder Hochwasser Leben und Besitz bedrohte. Ohne die Kenntnis woher das Wasser kam und wohin es ging, wurde es zu einem Gegenstand der Mytholgie und später auch Naturphilosophie. Noch heute kommt dem Wasser in den meisten Religionen der Welt eine Sonderstellung zu, besonders dort, wo die Frage des Überlebens von der Lösung der zahleichen Wasserprobleme abhing. Ziel war es allen Nutzungsansprüchen gerecht zu werden und dabei auch jedem Menschen den ihm zustehenden Teil des Wassers zu garantieren. Hierzu wurde das Wasserrecht als eine der ersten Rechtsformen zum Mitbegründer der ersten zentralistischen Zivilisationen von Mesopotamien und Ägypten, bis in die Flusstäler Chinas und Indiens. Die lange Geschichte der Wassernutzung zeigt sich dabei, wie die Menschheitsgeschichte insgesamt, nicht als ein kontinuierlicher Entwicklungspfad. Sie wurde vor allem durch einzelne Zentren hohen wasserwirtschaftlichen Standards sowie immer wiederkehrende Brüche geprägt, neben oft Jahrhunderte lang währenden Stagnationsphasen. So beeindruckend die frühen wasserbaulichen Anlagen dabei auch waren, wie groß sich Innovationskraft und Kreativität unserer Vorfahren auch zeigte, letztlich war und ist man auch heute noch abhängig von der Natur, die man jedoch erst in vergleichsweise jüngster Zeit anfing wirklich zu verstehen.

Bedeutung des Wassers in den Wissenschaften

Zur Bedeutung für das Leben und die Welt allgemein siehe: Bedeutung des Wassers Wasser spielt wegen seiner besonderen chemischen und physikalischen Eigenschaften, vor allem des Dipolmoments, der Wasserstoffbrückenbindung und der Dichteanomalie, eine zentrale Rolle in vielen Wissenschaften und Anwendungsgebieten. Es ist der wahrscheinliche Entstehungsort des irdischen Lebens und unter Umständen auch eine Bedingung für dieses. In Organismen und in unbelebten Bestandteilen der Geosphäre spielt es als vorherrschendes Medium bei fast allen Stoffwechselvorgängen beziehungsweise geologischen und ökologischen Elementarprozessen eine entscheidende Rolle. Die Erdoberfläche ist zu circa 72 % von Wasser bedeckt, wobei Ozeane hieran den größten Anteil tragen. Süßwasserreserven bilden lediglich 2,53 % des irdischen Wassers und nur 0,3 % sind als Trinkwasser zu erschließen (Dyck 1995). Durch die Rolle des Wassers in Bezug auf Wetter und Klima, als Landschaftsgestalter im Zuge der Erosion und durch seine wirtschaftliche Bedeutung unter anderem in den Bereichen der Land-, Forst- und Energiewirtschaft ist dieses zudem in vielfältiger Weise mit Geschichte, Wirtschaft und Kultur der menschlichen Zivilisation verbunden. Die Wissenschaft, welche sich mit der räumlichen wie zeitlichen Verteilung des Wassers und dessen Eigenschaften beschäftigt, bezeichnet man als Hydrologie. Insbesondere untersucht die Ozeanologie das Wasser der Weltmeere, die Limnologie das Wasser der Binnengewässer, die Hydrogeologie das Grundwasser und die Aquifer, die Meteorologie den Wasserdampf der Atmosphäre und die Glaziologie das gefrorene Wasser unseres Planeten. In flüssiger Form wurde Wasser bislang nur auf der Erde nachgewiesen.

Wasserchemie

Die Chemie beschäftigt sich unter anderem mit der Analyse von im Wasser gelösten Stoffen, den Eigenschaften des Wassers, dessen Nutzung, dessen Verhaltensweise in verschiedenen Zusammenhängen. Wasser ist ein Lösungsmittel für viele Stoffe, für Ionenverbindungen, aber auch für hydrophile Gase und hydrophile organische Verbindungen. Sogar gemeinhin als in Wasser unlöslich geltende Verbindungen können in Spuren im Wasser enthalten sein. Daher liegt Wasser auf der Erde nirgends in reinem Zustand vor. Es hat je nach Herkunft die unterschiedlichsten Stoffe in mehr oder weniger großen Konzentrationen in sich gelöst. In der Analytik unterscheidet man unter anderem folgende Wassertypen:
- Reinstwasser
- Demineralisiertes Wasser
- Destilliertes Wasser
- Enteisentes Wasser
- Ätherisches Wasser
- Rohwasser
- Regenwasser
- Grundwasser
- Oberflächenwasser (Fließ- und Stehgewässer),
- Süßwasser/Salzwasser/Brackwasser
- Mineralwasser
- Trinkwasser
- schweres Wasser
- Abwasser, (Haushalts-Abwässer, landwirtschaftliche Abwässer,Industrie-Abwässer) Aber auch bei den wässrigen Auslaugungen (Eluaten) von Sedimenten, Schlämmen, Feststoffen, Abfällen und Böden wird die Wasseranalytik eingesetzt. Um die Eigenschaften des Wassers und eventuell darin gelöster Stoffe, bzw. damit in Kontakt stehender fester Phasen aufzuklären hat sich die Molekulardynamik-Simulation bewährt. Siehe auch: Wasserhärte, Gewässergüteklasse, Hydrophobie, Hydrophilie

Wasser in den Geowissenschaften

Hydrophilie In den Geowissenschaften haben sich Wissenschaften herausgebildet, die sich besonders mit dem Wasser beschäftigen: die Hydrogeologie, die Hydrologie, die Glaziologie, die Limnologie, die Meteorologie und die Ozeanographie. Besonders interessant für die Geowissenschaften ist, wie Wasser das Landschaftsbild verändert (von kleinen Veränderungen über einen großen Zeitraum bis hin zu Katastrophen, bei denen Wasser innerhalb weniger Stunden ganze Landstriche zerstört), dies geschieht zum Beispiel auf folgende Weisen:
- Flüsse oder Meere reißen Erdmassen mit sich und geben sie an anderer Stelle wieder ab (Erosion).
- Durch sich bewegende Gletscher werden ganze Landschaften umgestaltet.
- Wasser wird von Steinen gespeichert, gefriert in diesen und sprengt die Steine auseinander, weil es sich beim Gefrieren ausdehnt (Frostverwitterung).
- Durch Dürren werden die natürlichen Ökosysteme stark beeinflusst. Wasser ist nicht nur ein bedeutender Faktor für die mechanische und chemische Erosion von Gesteinen sondern auch für die klastische und chemische Sedimentation von Gesteinen. Dadurch entstehen unter anderem Grundwasserleiter. Auch interessiert Geowissenschaftler die Vorhersage des Wetters und besonders von Regenereignissen (Meteorologie). Siehe auch: Gewässer, Gletscher, Permafrostboden, Binnenmeer, Binnensee, Teich, Meer, Ozean, Fluss, Bach, Flussaue.

Wasser in der Hydrodynamik

Die verschiedenen strömungstechnischen Eigenschaften und Wellentypen auf mikroskopischer und makroskopischer Ebene werden intensiv untersucht, wobei folgende Fragestellungen im Mittelpunkt stehen:
- Optimierung von Bootskörpern und exponierter Baukörper (zum Beispiel Wehre) - Minimierung des Strömungswiderstandes
- Optimierung des Wirkungsgrades von wassergetriebenen Turbinenrädern
- Untersuchung von Strömungsphänomenen und Resonanzkatastrophen (Tsunami, Monsterwellen)
- Untersuchung der Konsistenz und Qualität des Mediums Wasser aus der Analyse seiner charakterisierenden Strömungseigenschaften. Mit diesem Aspekt beschäftigt sich das Institut für Strömungswissenschaften in Herrischried im Südschwarzwald.

Kulturelle Bedeutung des Wassers

Aufgrund der großen Bedeutung des Wassers wurde es nicht zufällig bereits bei den frühesten Philosophen zu den vier Urelementen gezählt. Thales von Milet sah im Wasser sogar den Urstoff allen Seins.

Wasser in der Mythologie

Thales von Milet Wasser ist in der von Empedokles eingeführten und dann vor allem von Aristoteles vertretenen Vier-Elemente-Lehre neben Feuer, Luft und Erde ein Element. Ebenso ist Wasser in der taoistischen Fünf-Elemente-Lehre (neben Holz, Feuer, Erde, Metall) vertreten. Die Bezeichnung Elemente ist hier jedoch etwas irreführend, da es sich um verschiedene Wandlungsaspekte eines zyklischen Prozesses handelt. Im antiken Griechenland wurde dem Element Wasser das Ikosaeder als einer der fünf Platonischen Körper zugeordnet.

Wasser in der Religion

In den Religionen hat Wasser häufig einen hohen Stellenwert. Oft wird die reinigende Kraft des Wassers beschworen, zum Beispiel bei den Moslems in Form der rituellen Fußwaschung vor dem Betreten einer Moschee, oder im Hindu-Glauben beim rituellen Bad im Ganges. Die christliche Taufe wurde bis ins späte Mittelalter durch Untertauchen oder Übergießen mit Wasser als Ganzkörpertaufe vollzogen, im Westen heute meist nur noch durch Besprengen mit Wasser. Die Taufe bedeutet Hinwendung zu Christus und Aufnahme in die Kirche. Sie steht auch symbolisch für Sterben (Untertauchen) und Auferstehen (ankommen am Ufer des neuen Lebens). In der katholischen und orthodoxen Kirche spielt das Weihwasser eine besondere Rolle. Vor allem die reinigende Kraft des Wassers gab immer wieder Anlass, über die Bedeutung des Wassers für das Leben und auch für ein Leben nach dem Tod nachzudenken.

Wasser in der Esoterik

In der Esoterik heißt es, Wasser sei in seiner Struktur veränderbar und übertrage so Informationen. Diese Wasser werden als "Polywasser", "levitertes", "formatiertes" oder Belebtes Wasser bezeichnet und gehen zum Teil zurück auf Masaru Emoto, Viktor Schauberger oder Wilfried Hacheney.

Wasser als Trinkwasser und Produkt

Wilfried Hacheney Die zur Trinkwasserversorgung nutzbaren Wasservorkommen werden unterschieden in Niederschlagswasser, Oberflächenwasser in Flüssen, Seen, Talsperren, Grundwasser, Mineralwasser und Quellwasser. Die Nutzung der Gewässer wird im Wasserhaushaltsgesetz (in Deutschland, Österreich und der Schweiz (?)) geregelt. In Mitteleuropa gibt es eine zuverlässige, weitgehend kostendeckende und hochwertige Wasserversorgung, meist noch durch öffentliche Anbieter. Meist kommt Leitungswasser aus der näheren Region, für die der kommunale Versorger auch ökologisch Verantwortung übernimmt. Der weltweite Wassermarkt hat ein Wachstum wie kaum eine andere Branche. Deshalb haben private Anbieter großes Interesse, Wasser als Handelsware zu definieren, um diesen Markt zu übernehmen. Auch wenn das normale Trinkwasser nicht direkt eine Handelsware darstellt, so wird auch von manchen Organisationen ins Treffen geführt, dass durch die Globalisierung auch ein indirekter Wasserexport, vor allem der Länder der dritten Welt, stattfindet. Das bedeutet beispielsweise, dass für den Anbau von Bananen 1.000 l/m² Boden notwendig ist. Durch Produktionssteigerungen, die für den Export bestimmt sind, fehlt das Wasser der einheimischen Bevölkerung. (Quelle: Wuppertaler Institut)

Wasserverbrauch

Der Wasserverbrauch ist das für den menschlichen Verbrauch benötigte Wasser. Dieses umfasst den unmittelbaren menschlichen Genuss (Trinkwasser) ebenso wie den zum alltägliche Leben (Waschen, Kochen etc.) sowie für die Landwirtschaft, das Gewerbe und die Industrie (siehe Nutzwasser) gegebenen Bedarf. Wie der Wortsinn - verbrauch darlegt, wird hierbei das Wasser im Hinblick auf seine Menge und Qualität geändert. Der Wasserverbrauch ist daher nicht nur eine Kenngröße für die nachgefragte Wassermenge, sondern zumeist auch für die Entsorgung (Kanalisation, Kläranlage) Der Wasserbedarf in Deutschland betrug 1991 47,9 Milliarden m³, wovon allein 29 Milliarden m³ als Kühlwasser in Kraftwerken dienten. Rund 11 Milliarden m³ wurden direkt von der Industrie genutzt, 1,6 Milliarden m³ von der Landwirtschaft. Nur 6,5 Milliarden m³ dienten der Trinkwasserversorgung. Der durchschnittliche Wasserverbrauch beträgt rund 130 Liter pro Einwohner und Tag (davon etwa 1 Liter zum Trinken, neben Cola, Bier oder anderen Getränken welche ebenfalls Wasser enthalten). Siehe auch: Abwasser, Nutzwasser, Verbrauch

Wasserversorgung

Verbrauch Die Versorgung der Menschheit mit sauberem Wasser stellt Menschen nicht nur in den Entwicklungsländern vor ein großes logistisches Problem. Nur 0,3 % der weltweiten Wasservorräte sind als Trinkwasser verfügbar, das sind 3,6 Millionen km³ von insgesamt ca. 1,38 Milliarden km³. Um die Wasserknappheit in niederschlagsarmen Ländern zu lindern, wurden schon verrückt erscheinende Ideen erwogen: so wurde vorgeschlagen, mit Schleppern einen riesigen Eisberg über das Meer zu schleppen, der nur zum Teil schmelzen würde, und von dem auftauenden Eisberg Trinkwasser aufzufangen. Siehe auch: Wasserverteilungssystem, Wasseraufbereitung, Wasseraufbereitungsanlage, Wasserwirtschaft, Wasserreinhaltung

Gesetzliche Grundlagen und Behörden

Hauptartikel: Wasserrecht Die wasserrechtlichen Grundlagen der Wasserwirtschaft und des öffentlichen Umganges mit den Wasserresourcen bilden in Deutschland das Wasserhaushaltsgesetz und die Europäische Wasserrahmenrichtlinie. Wichtige Behörden und Institutionen sind:
- Wasser- und Schifffahrtsamt
- LAWA (Arbeitsgemeinschaft)

Ausstellungen und Veranstaltungen rund ums Wasser

- Von 2005 bis 2014 hat die UNO zur Internationalen Aktionsdekade „Wasser – Quelle des Lebens“ aufgerufen
- Weltwasserforum
- Weltwassertag
- [http://www.hww-hamburg.de/hww_prod_engine.shtml?id=137 Museum Wasserforum HWW (Hamburger Wasserwerke)]

Siehe auch

- Trinkwasser, Mineralwasser, Aquavit - Wasser als Getränk
- Brackwasser, Salzwasser und Süßwasser - Wasserarten nach Salzgehalt
- Gewässer - Allgemeine Bezeichnung für natürliche und künstliche Wasseransammlungen
- Wasser als Handelsware, Umwelt- und Ressourcenkonflikte
- Weihwasser - als Symbol in der Religionsgeschichte
- Wasser - Der Film, einen Film aus Großbritannien, 1985, mit deutschem Titel
- Mpemba-Effekt, abnormaler Gefriervorgang

Literatur

Allgemeine Inhalte
- Karl Höll, Andreas Grohmann et. al. (2002): Wasser. Nutzung im Kreislauf. Hygiene, Analyse und Bewertung. 8. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin - New York.
- Dyck & Peschke (1995): Grundlagen der Hydrologie. 3. Auflage, Verlag Bauwesen. ISBN 3345005867
- Philip Ball (2001): H₂O – Biographie des Wassers. Piper Verlag. ISBN 3492041566 Wasserchemie
- Günter Wieland (1999): Wasserchemie. 12. Auflage, Essen. ISBN 3802725425
- Bernd Naumann (1994): Chemische Untersuchungen der Lebensgrundlage Wasser. Herausgeber: Landesinstitut für Lehrerfortbildung, Lehrerweiterbildung und Unterrichtsforschung von Sachsen-Anhalt (LISA)], (=Anregungen zur ökologischen Bildung, Bd. 2), Halle. Nutzung und Schutz
- Christian Opp (Hrsg.): Wasserressourcen - Nutzung und Schutz (=Beiträge zum Internationalen Jahr des Süßwassers 2003) Marburg/Lahn 2004, 320 S., ISBN 388353049 Gesundheit/Esoterik
- Batmanghelidj, F. (2002): Wasser - die gesunde Lösung. Ein Umlernbuch. VAK Verlag. ISBN 3924077835
- Batmanghelidj, F. (2003): Sie sind nicht krank, Sie sind durstig! Heilung von innen mit Wasser und Salz. VAK Verlag. ISBN 3935767250

Weblinks

Allgemeine Inhalte
- [http://www.quarks.de/dyn/15851.phtml Quarks & Co: Lebensquell Wasser]
- [http://www.wasser-wissen.de/ Wasserlexikon der Uni Bremen]
- [http://www.grundschule-friedrichsfehn.de/projekte/wasserwanderweg/index.html Wasserwanderweg]
- [http://www.wasser.de Informationen über Wasser] Informationen zum Wasser für Kinder
- [http://www.klasse-wasser.de/ bei klasse-wasser.de]
- [http://www.grundschule-friedrichsfehn.de/projekte/wassertropfen/index.html Ein Wassertropfen auf Reisen]
- [http://www.grundschule-friedrichsfehn.de/projekte/wasserumwelt/index.html Wasser Umwelt] Multimedialinks
- Real Video (Aus der Fernsehsendung Alpha Centauri):
- [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&g2=1&f=021027.rm Ist Wasser magisch?] Kategorie:Alkoholfreies Getränk Kategorie:Wasserwirtschaft Kategorie:Ernährung Kategorie:Flüssigkeit Kategorie:Chemische Verbindung als:Wasser ja:水 ko:물 ms:Air simple:Water th:น้ำ zh-min-nan:Chúi

Alkalische Lösung

Eine alkalische Lösung im engsten Sinne ist eine Lösung eines Hydroxides eines Alkalimetalles, zum Beispiel Natronlauge oder Kalilauge. Im weiteren Sinne verwendet man den Begriff auch für jede Lösung von Basen, die Brönsted-Säuren (=Protonen abgebende Säuren) neutralisieren. Alkalische Lösungen in diesem weiteren Sinne können auch nichtwässrig sein und enthalten eventuell auch keine Hydroxide (sondern beispielsweise Alkoholate von Alkalimetallen oder andere Basen). Wässrige Lösungen sind basisch, wenn die Konzentration der Hydroxidionen OH^- die der Protonen H⁺ übersteigt. Bei 22°C ist das der Fall, wenn die Konzentration der Hydroxidionen größer ist als 10^-7 mol/l, die der Protonen ist dann kleiner als 10^-7 mol/l. Der pH-Wert ist dann größer als 7. Stark alkalische wässrige Lösungen haben einen pH-Wert größer 10, zum Beispiel hat einmolare Natronlauge einen pH-Wert von 14. Wie die sauren Lösungen besitzen auch alkalische Lösungen einige gemeinsame Eigenschaften. Diese Lösungen ergeben mit Indikatoren charakteristische Färbungen und fühlen sich auf der Haut glitschig an. Die Lösungen sind ätzend, daher muß beim Arbeiten mit alkalischen Lösungen stets eine Schutzbrille getragen werden. Ferner zeigen sie elektrische Leitfähigkeit, es müssen also freibewegliche Ionen vorliegen. Alkalische Lösungen erhält man u.a. durch Lösen von Alkali- oder Erdalkalimetallhydroxiden in Wasser. Die Schmelzen dieser Hydroxide zeigen ebenfalls elektrische Leitfähigkeit. Alkali- und Erdalkalimetallhydroxide sind demnach Salze, die im festen Zustand ein Ionengitter bilden, das aus positiv geladenen Metallionen und negativ geladenen Hydroxidionen aufgebaut ist. Davon ausgehend kann angenommen werden, daß nach Lösen der Hydroxide in Wasser in diesen Lösungen ebenfalls Metall- und Hydroxidionen vorhanden sind. Da alle alkalischen Lösungen obengenannte Eigenschaften aufweisen, ist es naheliegend, daß diese auf das Vorliegen einer allen Lösungen gemeinsamen Teilart zurückzuführen sind, auf die Hydroxidionen.

Eigenschaften

Stark alkalische Lösungen sind stark ätzend: Sie können Metalle, beispielsweise Aluminium, und Proteine auflösen, weshalb Hautkontakt mit ihnen vermieden werden sollte. Beim Umgang mit stark alkalischen Lösungen sollten daher Handschuhe und eine Schutzbrille getragen werden. Sie können - vor allem bei langem Einwirken in der Hitze - auch Glasoberflächen angreifen, dies kann zum Beispiel in der Geschirrspülmaschine zu einer Trübung von Gläsern führen. Die Handhabung von Natronlauge etc. in Glasgefäßen wie Erlenmeyerkolben ist natürlich dennoch problemlos möglich, solange keine Schliffstopfen aus Glas verwendet werden, da diese bei längerem Lagern festbacken. (Nach der Verwendung von Schliffküken aus Glas, beispielsweise an Tropftrichtern, sofort gründlich spülen.)

Reaktionen

Eine wichtige Reaktion alkalischer Lösungen ist die mit Säuren, die durch sie neutralisiert werden, siehe auch Säure-Base-Reaktion und Titration. Lösliche Hydroxide wie Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid bilden mit Wasser stark alkalische Lösungen (Laugen).

Herstellung alkalischer Lösungen

Herstellung von wässrigen Alkalimetallhydroxidlösungen

# Lösen des entsprechenden Hydroxids in Wasser. Dies ist die beste Herstellungsmethode für die praktische Verwendung der Lösungen im Labor. Die Wärmeentwicklung beim Lösen kann so stark sein, dass das Wasser zu sieden beginnt, wobei die alkalische Lösung verspritzen kann. # Reaktion des Alkalimetalloxids mit Wasser, es bildet sich Hydroxid, das sich löst.
zum Beispiel Li₂O + H₂O -> 2 LiOH # Reaktion des Alkalimetalls mit Wasser. Bei der sehr heftigen Reaktion entwickelt sich Wasserstoff, der sich durch die Reaktionswärme oft sofort entzündet.
beispielsweise 2 Na + 2 H₂O ----> 2 NaOH + H₂
Eine wichtige Variante ist die technische Produktion von Natronlauge durch die Reaktion von Wasser mit Natriumamalgam, das man durch die Chlor-Alkali-Elektrolyse mit Quecksilberelektroden erhält. # Elektrolyse von Halogendlösung. Durch die Elektrolyse von Kochsalzlösung wird großtechnisch Natronlauge hergestellt, wobei man durch eine poröse Trennwannd (Diaphragma) weitgehend verhindert, dass sich die Kochsalzlösung und Natronlauge vermischen, so dass eine kontinuierliche Elektrolyse möglich ist:
2 NaCl + 2 H₂O ----> 2 NaOH + Cl₂ + H₂

Weitere alkalische Lösungen

Kalkwasser erhält man am besten aus Calciumoxid CaO, das als gebrannter Kalk günstig erhältlich ist. Siehe auch: Base (Chemie), Lauge, Säure, pH-Wert Kategorie:Chemikaliengruppe

Natronlauge

Natronlauge ist die Bezeichnung für eine wässrige, stark alkalische Lösung von Natriumhydroxid (Na O H). Das Natriumhydroxid löst sich unter starker Wärmebildung sehr gut in Wasser. Die konzentrierte Natronlauge enthält pro Liter 762 g Natriumhydroxid. Die Dichte beträgt 1,524 g/ml. Natronlauge ist eine der am häufigsten verwendeten Labor- und Industriechemikalien. Konzentrierte Natronlaugen wirken auf der Haut stark ätzend und selbst stark verdünnte Natronlauge kann die Hornhaut der Augen so schädigen, dass es zur Erblindung kommt. Einmolare Natronlauge (eine Lösung, die ein Mol (40 g) in einem Liter enthält) hat einen pH-Wert von 14.

Gewinnung

Natronlauge wird meistens durch Elektrolyse aus Natriumchlorid gewonnen (zu über 90 % der Weltproduktion). Dabei wird auch Chlor produziert. Der große Bedarf der chemischen Industrie an Natronlauge hat maßgeblich zur Entwicklung der Chlorchemie beigetragen (Beispiel: Polyvinylchlorid als Weiterverwendung des Chlors). Kategorie:Chemische Lösung

Kalilauge

Kalilauge ist der Trivialname für eine stark alkalische, ätzende, wässrige Lösung von Kaliumhydroxid. Mit Kalilauge lässt sich im Labor Kohlenstoffdioxid aus Gasgemischen entfernen, da es mit dem gelösten Kaliumhydroxid zu Kaliumcarbonat reagiert:

\mathrm

Große Mengen Kalilauge werden in der chemischen Industrie zur Herstellung von Seifen und Farbstoffen verbraucht. Kalilauge neutralisiert, wie andere Laugen, Säuren aller Art, wobei jeweils Kaliumsalze entstehen. Beispielsweise reagiert KOH mit Salzsäure HCl zu Wasser und Kaliumchlorid. Kategorie:Chemische Lösung

Calciumhydroxid

Kalziumhydroxid (auch: gelöschter Kalk, Löschkalk) ist das Hydroxid des Kalziums.

Eigenschaften

Calciumhydroxid Ca(OH)₂ ist ein weißes, ätzendes Pulver, welches sich nur schlecht (etwa 1,5 g/l) in Wasser löst. Die wässrige, gefilterte Lösung wird auch als Kalkwasser bezeichnet, beim Durchleiten von Kohlendioxid-haltiger Luft bildet sich ein Niederschlag von Calciumcarbonat, dies ist der Nachweis von Kohlenstoffdioxid. Bei längerem Durchleiten von Kohlenstoffdioxid löst sich der Calciumcarbonat-Niederschlag unter Bildung von Calciumhydrogencarbonat wieder auf.

Herstellung

Calciumhydroxid entsteht unter starker Wärmeentwicklung (exotherme Reaktion) beim Versetzen von Calciumoxid (= Branntkalk, ungelöschter Kalk) mit Wasser. Diesen Vorgang nennt man auch Kalklöschen. Die Wärmeentwicklung ist so stark, dass Teile des Wassers verdampfen („Rauchen“).

Verwendung

Calciumhydroxid ist ein Zwischenprodukt zur Herstellung von Chlorkalk. Kalkmörtel besteht aus einem Teil Calciumhydroxid und drei Teilen Sand, durch die Aufnahme von Kohlendioxid aus der Luft härtet der Mörtel unter Calciumkarbonat-Bildung allmählich aus. Kalziumhydroxid dient auch als Zusatzstoff und Bindemittel für manche Farben. Weiterhin wird es als Medikament in der Zahnmedizin verwendet. Im Bauwesen findet Calciumhydroxid unter dem Namen Weißkalkhydrat Verwendung (DIN 1060). Kalkputze bestehen aus Mischungen von Calciumhydroxid, gemahlenem Kalkstein und Sand. Der gelöschte Kalk wird unter anderem als Alternative zum Kalkstein in der Rauchgasentschwefelung eingesetzt. Die Einsatzmenge ist hierbei ca. 1,8-fach geringer als für Kalkstein. Der dabei gewonnene Gips (Kalziumsulfat) hat einen Weißgrad von 80 % und kann kommerziell weiterverwendet werden. Durch seine hohe Reaktivität werden geringere Verbrauchmengen benötigt. Nachteil ist sein deutlich höherer Preis gegenüber Kalkstein. Außerdem dient Calciumhydroxid als Nachweis für Kohlenstoffdioxid, mit welchem es nach folgender Reaktionsgleichung zu wasserunlöslichem Calciumcarbonat (Kalk) reagiert: Ca(OH)₂ + CO₂ --> CaCO₃ + H₂O Einen Überblick über die Umwandlungsprozesse zwischen verschiedenen Kalziumverbindungen gibt folgendes Schaubild: Umwandlungsprozesse verschiedener Kalziumverbindungen Kategorie:Chemische Verbindung ja:水酸化カルシウム

Suspension

Suspension (v. lat.: suspendere in der Schwebe lassen) bezeichnet # im Arbeitsrecht die vorläufige Dienstenthebung # im Kirchenrecht eine Beugestrafe gegenüber einem Kleriker, siehe Suspension (Kirchenrecht) # in der Chemie ein heterogenes Stoffgemisch: Suspension (Chemie) # in der Medizin das Anheben und/oder Hochlagern von Körperteilen: Suspension (Medizin) # im Sadomasochismus eine Variante von Bondage, bei welcher der Passive freischwebend aufgehängt wird: Suspension (BDSM)

Barytwasser

Barytwasser ist der Trivialname für eine Bariumhydroxid-Lösung, die man in der Chemie zum Nachweis von Kohlenstoffdioxid verwendet. Barytwasser ist eine alkalische, schwach ätzende Lösung. Schlämmt man schwer lösliches Bariumhydroxid in Wasser auf und filtriert die Suspension, so erhält man Barytwasser als klare Lösung. Lässt man Barytwasser einige Minuten in einem unverschlossenen Gefäß stehen, so bildet sich an der Oberfläche im Kontakt mit Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre ein weißer Feststoff. Ba(OH)₂ (aq) + CO₂ (g) -> BaCO₃ (s) + H₂O (l) Bariumhydroxid + Kohlendioxid -> Bariumcarbonat + Wasser Schon geringe Spuren von Kohlenstoffdioxid rufen diese Reaktion hervor, so dass Barytwasser ein noch empfindlicheres Nachweisreagenz für Kohlenstoffdioxid ist als Kalkwasser. Kategorie:Chemische Lösung

Lösung (Chemie)

Eine Lösung ist in der Chemie ein homogenes Gemisch, das aus einem oder mehreren gelösten Stoffen und einem Lösungsmittel (das selbst eine Lösung sein kann) besteht. Lösungen sind rein äußerlich nicht als solche erkennbar, da sie per Definition nur eine Phase besitzen und die gelösten Stoffe daher gleichmäßig im Lösungsmittel verteilt sind.

Komponenten von Lösungen

Die Lösungsmittel sind üblicherweise Flüssigkeiten. Die gelösten Stoffe können sein:
- gasförmig (z.B. Luftgase wie Sauerstoff und Stickstoff in Wasser, Chlorwasserstoff oder Ammoniak in Wasser, Kohlenstoffdioxid in Sekt oder Mineralwasser),
- flüssig (z.B. Alkohol in Wasser)
- fest (z.B. Kochsalz oder Calciumcarbonat in Wasser)

Löslichkeit

Ob und in welchem Ausmaß ein Stoff in einem bestimmten Lösungsmittel löslich ist, hängt von seiner Löslichkeit ab. Ist in einer Lösung so viel wie möglich des Stoffes gelöst, nennt man diese Lösung gesättigt. Ist zu viel eines Stoffes enthalten, so bildet sich ein Bodensatz oder der Überschuss bleibt als Übersättigung erhalten. Nicht alle Lösungen haben eine Grenze der Löslichkeit (Näheres siehe dort) Bei Lösungen von Gasen in Flüssigkeiten gilt eine Lösung als gesättigt, wenn ein Diffusionsgleichgewicht zwischen in Lösung gehenden und die Lösung verlassenden Gasmolekülen herrscht. Aus übersättigten Gaslösungen treten aber nur dann Gasblasen aus (wie in Mineralwasser oder Sekt), wenn die Summe der Lösungspartialdrucke aller gelösten Gase größer ist als der mechanische Druck am Ort der Blasenbildung. Eine definitive Grenze des Aufnahmevermögens einer Flüssigkeit für ein Gas gibt es nicht. Die "Löslichkeit" ist hier vielmehr der Koeffizient, der die gelöste Menge mit dem aufgewendeten Gasdruck in Relation setzt.

Trennen von Lösungen

Beim Lösen von Stoffen ist der gelöste Stoff meist wieder leicht extrahierbar, da bei einer Lösung vordergründig keine chemische Reaktion statt zu finden scheint. Tatsächlich wird beim Lösen von Salzen sehr wohl die Ionenbindungen des Kristalls gelöst als auch Hydrathüllen von Wassermolekülen um die Ionen gebildet (Hydratation). Viele Metallionen bilden mit dem Wasser sogar regelrechte Komplexverbindungen (z.B. Hexaquo-EisenIII). Die genannten Bindungen müssen vollkommen reversibel sein, wenn ein Substanzgemisch als Lösung gelten soll. Auch beim Lösen von gasförmigen Säure- oder Baseanhydriden kommt es zu einer Reaktion. Chlorwasserstoff löst sich und dissoziert sofort fast vollständig in Chloridionen und Waserstoffionen, die sich ihrerseits sofort mit Wasser zu Hydronium verbinden. Kohlenstoffdioxid bleibt dagegen zum überwiegenden Teil als Gas gelöst. Ein geringer Teil bildet aber mit dem Wasser Kohlensäure, die ihrerseits zu Hydrogencarbonat, Carbonat und Hydronium dissoziiert. Auch diese Reaktionen sind vollkommen reversibel, d.h. die Lösungen sind ohne zusätzliche Reagenzien wieder trennbar.

Trennen von festen Stoffen in Flüssigkeiten

Verdampfen des flüssigen Reinstoffes bewirkt, dass die Lösung nach und nach übersättigt wird und der Feststoff auskristallisiert, soweit es sich um die Lösung eines begrenzt löslichen Stoffes handelt. Bei vollständigem Verdampfen bleibt der Feststoff am Ende als Bodensatz erhalten. Es gibt Lösungen von "Feststoffen" wie z.B. Calciumhydrogencarbonat, die beim Eindicken der Lösung zerfallen und deshalb als Trockensubstanz gar nicht existieren. In diesen Beispiel entsteht ein Rückstand aus Calciumcarbonat, während Kohlenstoffdioxid zusammen mit dem Wasser verdunstet. Eine technisch zunehmend genutzte Möglichkeit ist die Umkehrosmose. Hierbei wird die Lösung durch eine semipermeable Membran gepresst, die Ionen und größere Moleküle nicht passieren lässt. Diese Technik wir vor allem zur Wasseraufbereitung und insbesondere zur Meerwasserentsalzung verwendet.

Trennen von Flüssigkeitsgemischen

Flüssigkeiten lassen sich (nie vollständig) durch fraktionierte Destillation trennen. Man nutzt dabei die unterschiedlichen Siedepunkte der beteiligten Substanzen. Da aber ein geringerer Dampfdruck der höher siedenden Flüssigkeit auch schon beim Sieden der flüchtigeren Substanz herrscht, geht immer ein geringer Anteil von ihr mit über. So lässt sich durch Destillation Alkohol nur bis ca. 96% Reinheit gewinnen.

Trennen von Gas und Flüssigkeiten

Erhitzen der Lösung führt zum Entweichen des Gases, da seine Löslichkeit mit steigender Temperatur abnimmt. Vollständig aus der Lösung vertreiben lässt sich ein gelöstes Gas aber nur durch das Sieden der Flüssigkeit, weil dann der Dampfdruck dem Mechanischen Druck übersteigt und Blasen bildet, mit denen das Gas ausgetrieben wird. Gase können einander auch aus der Lösung verdrängen. Dazu muss man die Lösung des Gases A in intensiven Kontakt mit Gas B bringen, z.B. durch sprudeln.

Legierungen

Auch Metallschmelzen stellen meistens Lösungen dar und werden als Legierungen bezeichnet. Dabei sind mehrere Metalle oder Nichtmetalle in einer Hauptkomponente gelöst; beispielsweise bestehen manche Stahlschmelzen aus einer Lösung von Chrom, Vanadium, Kohlenstoff in Eisen.

Glas

Gläser können, da es sich bei ihnen um unterkühlte Flüssigkeits-Gemische handelt, auch als Lösungen aufgefasst werden.

Grenzfälle

Die Auflösung eines Metalls in einer Säure ist kein Lösungsvorgang im eigentlichen Sinne, da hierbei eine chemische Reaktion auftritt. Es gibt aber auch Grenzfälle, in denen eine reversible chemische Reaktion und gleichzeitig ein Lösungsvorgang stattfindet. Beispiele sind
- die Auflösung von Natrium in flüssigem Ammoniak.
- die Lösung von Kohlenstoffdioxid in Wasser, wobei sich ein Gleichgewicht mit der Bildung von Kohlensäure und deren Dissoziation ausbildet, das wieder verschwindet, wenn das Kohlenstoffdioxid die Lösung verlässt (z.B. durch Ausblasen mit einem anderen Gas).

Chemische Lösung in der Geologie

In der Geologie unterscheidet man zudem die Verwitterungsprozesse der kongruenten und inkongruenten Lösung. Von einer kongruenten Lösung spricht man bei einer gleichmäßigen und damit vollständigen Lösung des Gesteins, beispielsweise bei der Lösungsverwitterung von Halit oder Kalkstein, wobei letztere mit der Einstellung eines reversiblen Dissoziationssystems der Kohlensäure einher geht (siehe oben). Von einer inkongruenten Lösung spricht man hingegen bei einer selektiven Lösung einzelner Minerale oder Ionen aus dem Gesteinsverband, beispielsweise im Zuge der Silikatverwitterung.

Siehe auch:

- Löslichkeit
- Lösungsenthalpie
- Legierung
- Stahl Kategorie:Chemie ja:溶液

Wassermolekül

Das Molekül des Wassers besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Es ist die Grundlage zur Erklärung der Eigenschaften des Wassers. Geometrisch ist das Wassermolekül gewinkelt und entspricht in der VSEPR-Theorie dem AB₂E₂-Typ. Die zwei Wasserstoffatome und die zwei Elektronenpaare sind folglich in die Ecken eines gedachten Tetraeders gerichtet. Der Winkel, den die beiden O-H-Bindungen einschließen, beträgt 104,45°. Er weicht aufgrund des erhöhten Platzbedarfs der freien Elektronenpaare vom idealen Tetraederwinkel (~109,47°) ab. Die Bindungslänge der O-H-Bindungen beträgt jeweils 95,84 Picometer. Picometer Im Wassermolekül verbinden sich die 1s-Orbitale von zwei Wasserstoffatomen mit je einem sp3-Hybridorbital des Sauerstoff-Atoms zu zwei σ-Bindungen (Abb. 4). Die vier Orbitale der bindenden und nichtbindenden Elektronenpaare sind nach den Ecken eines Tetraeders ausgerichtet. Die in Abbildung 1 rot eingezeichneten Elektronenpaare befinden sich in den Atomorbitalen und die grauen Elektronenpaare in den Molekülorbitalen.

Dipolmoment

Sauerstoff hat in der Pauling-Skala mit 3,5 eine um 1,4 höhere Elektronegativität als Wasserstoff mit 2,1. Durch die gewinkelte Geometrie des Moleküls und die unterschiedlichen Partialladungen der Atome hat es auf der Seite des Sauerstoffs negative und auf der Seite der beiden Wasserstoffatome positive Polarität. Diese bewirkt das Dipolmoment, das in der Gasphase 1,84 Debye beträgt. Im Unterschied zum linear aufgebauten Kohlenstoffdioxid zeigt sich dabei, dass die winklige Anordnung der beiden Wasserstoffatome einen gegenseitigen Ausgleich der polaren Atombindungen verhindert, die Ladungsschwerpunkte also nicht zusammen fallen. Erst hierdurch besitzt Wasser ein permanentes elektrisches Dipolmoment und weist viele hierdurch bedingte Eigenschaften auf. Eine Erklärung für diese winklige Anordnung liefert die VSEPR-Theorie anhand der beiden einsamen Elektronenpaare des Sauerstoffatoms. Durch die unterschiedlichen Partialladungen kann das Molekül von bestimmten elektromagnetischen Wellen, den Mikrowellen, in Rotationen versetzt werden, welche zur Erwärmung des Wassers führen.

Wasserstoffbrückenbindung

Rotation Wassermoleküle wechselwirken miteinander über Wasserstoffbrückenbindungen und besitzen dadurch ausgeprägte zwischenmolekulare Anziehungskräfte. Es handelt sich dabei um keine beständige, feste Verkettung. Der Verbund der über Wasserstoffbrückenbindungen unbeständig verketteten Wassermoleküle besteht nur Bruchteile von Sekunden, wonach sich die einzelnen Moleküle wieder aus dem Verbund lösen und sich in einem ebenso kurzen Zeitraum erneut verketten. Dieser Vorgang wiederholt sich ständig und führt letztendlich zur Ausbildung eines variablen Clusters, wie in der rechten Abbildung skizzenhaft dargestellt. Für die Ausbildung der Wasserstoffbrückenbindungen ist unter anderem der kleine Durchmesser des Wasserstoffatoms von Bedeutung, da es sich nur so in ausreichendem Maße dem Sauerstoffatom nähern kann. Die höheren Homologen des Wasser, zum Beispiel Schwefelwasserstoff H₂S, bilden derartige Bindungen aufgrund der geringeren Elektronegativitätsdifferenz zwischen den Bindungspartnern nicht aus. Die Verkettung der Wassermoleküle durch Wasserstoffbrückenbindungen ist die Ursache für viele besondere Eigenschaften, zum Beispiel dafür, dass Wasser trotz der geringen molaren Masse von rund 18 g/mol unter Standardbedingungen flüssig ist. H₂S liegt im Gegensatz dazu gasförmig vor. Auch, dass Wasser aufgrund seiner Dichteanomalie die größte Dichte bei rund vier Grad Celsius aufweist und somit beispielsweise Eis auf flüssigem Wasser schwimmen kann, ist auf die Wasserstoffbrückenbindungen zurückzuführen.

Schweres, halbschweres und überschweres Wasser

Neben dem „normalen“ Wasser gibt es noch das „schwere Wasser“ (Deuteriumoxid, D₂O), das „halbschwere Wasser“ (HDO) und das „überschwere Wasser“ (Tritiumoxid, T₂O). Bei diesen Wässern sind die normalen Wasserstoffatome (Protium, Symbol H) teilweise oder ganz durch ihre schwereren Isotope Deuterium (D) oder Tritium (T) ersetzt. Schwere Wasser unterscheiden sich bezüglich ihrer physikalischen wie chemischen Eigenschaften von gewöhnlichem Wasser. Sie besitzen einen höheren Schmelzpunkt, einen höheren Siedepunkt und eine größere Dichte. Aufgrund des besonders großen Massenunterschieds zwischen Protium und Tritium bzw. Deuterium ist hier der kinetische Isotopeneffekt besonders ausgeprägt. Folglich wird bei Ersatz des normalen Wassers mit schwererem Wasser bei chemischen Gleichgewichtsreaktionen die Gleichgewichtslage verändert, was zum Beispiel im menschlichen Körper zu gesundheitlichen Folgen führen kann. Deuteriertes Wasser wird aufgrund der anderen Spineigenschaften des Kernspins als Lösungsmittel für NMR-Analytik benutzt. Die Wasserstoffisotope des Wassermoleküls werden zusammen mit dem Sauerstoffisotop ¹⁸O als Tracer verwandt.

Weblinks

Kategorie:Wasser

Wasserstoffbrücke

Wasserstoffbrückenbindungen oder Wasserstoffbrücken sind chemische Bindungen. Sie gehören zu den Dipol-Dipol-Kräften, die elektrostatischer Natur sind und deren Bindungsenergien deutlich unter denen der kovalenten Atombindung und der ionischen Bindungen liegen. Wasserstoffbrücken entstehen, wenn zwei Moleküle oder zwei geeignet weit voneinander getrennte Abschnitte eines Makromoleküls über Wasserstoffatome (H) in Wechselwirkung treten. Dazu muss das H kovalent an ein stark elektronegatives Atom (z. B. N, O oder F) gebunden sein, was dem H eine positive Partialladung und dem Bindungspartner des H eine negative Partialladung verschafft, weil das elektronegativere Atom eine starke Anziehungskraft auf das gemeinsame Elektronenpaar ausübt. Man spricht von der Ausbildung eines positiven Pols (beim H) und eines negativen Pols (beim Bindungspartner des H), oft auch von einem starken Dipol. Die elektrostatischen Kräfte der Dipole führen zu einer Ausrichtung und gegenseitigen Anziehung der Dipole (+ Pol eines Dipols zieht - Pol eines anderen Dipols an). Die Wasserstoffbrücke ist gebildet. Oder: Die Wasserstoffbrücke wird nun vom H des einen Moleküls, dem Donator, zu einem Atom mit negativer Partialladung eines anderen Moleküls gebildet, dem Akzeptor. Dieser Prozess ist ansatzweise dem zur Dissoziation von Protonen bei Säuren führenden Vorgang (Protolyse) ähnlich. :H-O-H^...O-H₂ Wasserstoffbrücken sind verantwortlich für die speziellen Eigenschaften vieler für Lebewesen äußerst wichtiger Moleküle:
- Wasser: flüssiger Aggregatzustand, Kohäsion, erhöhter Siedepunkt
- DNA: komplementäre Basenpaarung innerhalb der Doppelhelix
- RNA: komplementäre Basenpaarung innerhalb von tRNA-Molekülen oder zwischen RNA- und DNA-Molekülen
- Proteine: Stabilisierung der Sekundärstrukturen (Alpha-Helix oder Faltblatt) und der Tertiärstruktur, Bindung zur Quartärstruktur (es treten bei Proteinen aber auch andere Bindungstypen auf). Wenn zum Beispiel im Wasser zwischen den H₂O-Molekülen keine Wasserstoffbrücken bestünden, würde Wasser nicht bei 0 °Celsius schmelzen und bei 100 °C sieden, sondern beides bereits bei Temperaturen von zwei- bis dreistelligen Minustemperaturen tun, mit der Folge, dass es auf der Erde kein gefrorenes Eis und kein flüssiges Wasser, sondern nur gasförmigen Wasserdampf gäbe. Das Leben auf der Erde in der heutigen Form würde unter solchen Bedingungen nicht existieren können. Wasserstoffbrückenbindung verursacht auch die Dichteanomalie des Wassers. Die Idee der schwachen Wechselwirkung des Sauerstoffatom eines Wassermoleküls mit dem Wasserstoffatom eines anderen stammt von Maurice Huggins, einem Studenten Gilbert Newton Lewis', der den Ausdruck Wasserstoffbrückenbindung im Jahr 1923 prägte. Kategorie:Chemische Bindung ja:水素結合

Hybrid-Orbital

Ein Hybrid-Orbital ist ein Orbital, das rechnerisch aus einer Linearkombination der Wellenfunktionen der grundlegenden Atomorbitale entsteht. Diesen Modellierungsvorgang nennt man Hybridisierung der Orbitale.

Mechanismus

Atomorbitale Die durch Quadrierung der Wellenfunktion der jeweiligen Elektronen erzeugten Orbitale stimmen nicht immer mit den aufgrund chemischer Eigenschaften zu vermutenden Formen überein. So stellt man fest, dass das Kohlenstoffatom in der äußeren Elektronenschale zwei s- und zwei p-Elektronen besitzt. Dementsprechend müssten diese Orbitale bei den C-H-Bindungen im Methan zu unterschiedlichen Bindungen führen. Tatsächlich stellt man aber fest, dass die vier Bindungen gleichartig und nicht unterscheidbar sind. Dies kann man durch sp³-Hybridisierung erklären: Das doppelt besetzte, kugelförmige s-Orbital wird mit den drei einfach beziehungsweise nicht besetzten hantelförmigen p-Orbitalen zu vier gleichen, kegelförmigen sp³-Hybridorbitalen kombiniert, die mit je einem Elektron besetzt sind. Diese richten sich tetraedrisch im Raum aus und bilden mit den s-Elektronen des Wasserstoffs gleiche Atombindungen. Das so entstandene Modell entspricht den beobachteten Eigenschaften des Methans. Karbokationen (Carbeniumionen) sind grundsätzlich sp²-hybridisiert, damit das leere Orbital 100% p-Charakter hat und somit kein s-Anteil "verschwendet" wird (-> Bentsche Regel).

Physikalische Interpretation

Bentsche Regel Orbitale ergeben sich als Lösung des Einelektronenproblems (Wasserstoffatom) in der Quantenmechanik. Dabei ist aufgrund des Zentralfeldes des Atomkerns der Drehimpuls eine Erhaltungsgröße. Ausserdem sind die Lösungen der Schrödingergleichung ab der 2. Schale bezüglich des Drehimpulses entartet. Das bedeutet, jede Überlagerung von Wellenfunktionen der gleichen Schale mit unterschiedlichem Drehimpuls ist wieder eine Lösung und beschreibt somit ein mögliches Orbital. Somit ergeben sich beispielsweise die sp³- und sp²-Hybridorbitale als Überlagerung von s- und p- Orbitalen. Die Hybridorbitale bilden wie alle an Atombindungen beteilige Orbitale durch Mischung mit den Orbitalen der Nachbarmoleküle Molekülorbitale.

Beispiele

siehe auch

Molekülorbital, Chemische Bindung, Komplexchemie Kategorie:Atomphysik Kategorie:Physikalische Chemie Kategorie:Chemische Bindung ja:混成軌道

Base (Chemie)

Eine Base (griechisch βάση, basé - die Ausgangs-, Grundlage, das Fundament) ist eine chemische Verbindung, die ein Proton H⁺ aufnehmen kann. Dies geschieht, wenn sie mit H₂O in Kontakt kommt bzw. darin gelöst wird, beispielsweise mit Ammoniak:

NH₃ + H₂O --> NH₄⁺ + OH^-

Darstellung einer Base:
Metalloxid + Wasser --> Base Dabei entsteht ein Hydroxid-Ion (OH^--Ion). Eine Base sollte aber nicht mit einem Salz wie z. B. Natriumhydroxid verwechselt werden. Dieses bildet zwar in Verbindung mit Wasser eine alkalische Lösung, hierbei findet aber keine Protonenwanderung statt. Es werden lediglich die Salzionen getrennt (Na⁺ + OH^-). Eine Base ist das Gegenstück zu einer Säure und vermag diese zu neutralisieren (Definition nach Brönsted). In wässriger Lösung reagiert eine Base durch Abfangen von Protonen alkalisch, der pH-Wert der Lösung liegt über 7 (siehe alkalische Lösung). Als Basen oder organische Basen wird auch eine Klasse von Biomolekülen bezeichnet, die auf das Grundgerüst des Purins oder des Pyrimidins zurückgeführt werden. Siehe hierzu auch:
- Nivellierender Effekt des Wassers
- für die Definition nach Lewis siehe: Säure
- für den Gebrauch des Begriffs "basische Aminosäure" siehe Aminosäure Siehe auch die Begriffsklärungen Base und Basis Kategorie:Chemikaliengruppe ko:염기

Kategorie:Stoffgruppe

Diese Kategorie enthält Artikel zu Stoffgruppen, wie z.B. Gruppen und Perioden des Periodensystems, aber auch Gruppen chemischer Verbindungen. Siehe auch: Biomolekülgruppe Kategorie:Chemie Kategorie:Biochemie

Erlenbach

Erlenbach ist der Name verschiedener Orte und Gewässer:

Gemeinden und Ortschaften

In Deutschland

- Stadt Erlenbach a.Main im Landkreis Miltenberg in Bayern
- Gemeinde Erlenbach bei Kandel im Landkreis Germersheim in Rheinland-Pfalz
- Gemeinde Erlenbach bei Dahn im Landkreis Südwestpfalz in Rheinland-Pfalz
- Gemeinde Erlenbach b.Marktheidenfeld im Landkreis Main-Spessart in Bayern
- Gemeinde Erlenbach im Landkreis Heilbronn in Baden-Württemberg, siehe: Erlenbach (Landkreis Heilbronn)
- Stadtteil von Kaiserslautern, siehe: Erlenbach (Kaiserslautern)
- Stadtteil von Frankfurt am Main, siehe: Frankfurt-Nieder-Erlenbach
- Stadtteil von Bad Homburg v.d. Höhe, siehe: Ober-Erlenbach
- Ort in Radevormwald, siehe Erlenbach (Radevormwald)

In der Schweiz

- Gemeinde Erlenbach im Simmental im Kanton Bern
- Gemeinde Erlenbach am Zürichsee im Kanton Zürich, siehe: Erlenbach ZH

Gewässer

- Erlenbach bei Bad Homburg im Taunus, mündet in die Nidda
- Erlenbach, Zufluss der Werra in Gerstungen
- Erlenbach in Radevormwald
- Erlenbach, Zufluss des Speyerbachs
- Erlenbach, Zufluss des Rheins
- Erlenbach in Witten

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Sender
A source is one of the basic concepts of communication and information processing. Sources (or senders) are objects which encode message data and transmit the information, via a legislature declaring a person or group of persons guilty of some crime, and punishing them, without benefit of a trial. The United States Constitution in Article 1 Section 9 explicitly forbids Congress to pass any bills of attainder, while they were abolished in the United Kingdom in ]] Ikiru (生きる) is a 1952 black and white movie written and directed by the acclaimed Japanese filmmaker Akira Kurosawa. The title ikiru translates to "to live" in English. Ikiru looks at the problem of a bureaucracy in post-war Japan and explores January 2, 1977 in Woonsocket, Rhode Island, USA-) is an American professional hockey goaltender. He currently plays for the Nationa