Water betekenis & definitie

Water - door de Ouden als een element beschouwd, n.l. als het vloeibare principe, is voor onsplitsbaar aangezien, totdat in 1781 Cavendish water synthetisch maakte door waterstof, gemengd met zuurstof, te laten ontploffen en aan te toonen, dat de vloeistof, die ontstond, water was. Het ontstaat steeds als waterstof of waterstof verbindingen verbranden, en in een groot aantal gevallen, waarin deze elementen of hun verbindingen bij lagere temperatuur op elkander inwerken, een bewijs van de groote affiniteit van de beide elementen, welke zich ook uit in de groote verbindingswarmte, 3800 calorieën voor 1 Gr. water. Het water, dat in de natuur in groote hoeveelheden voorkomt, is nooit zuiver, doch bevat steeds opgeloste en gewoonlijk ook zwevende bestanddeelen. Het regenwater bevat, behalve de zuurstof en stikstof, die er in zijn opgelost, vooral bij het begin van regen verschillende ammoniumzouten, koolzuur, waterstofperoxyde en sporen van natrium-, calcium- en magnesiumzouten uit de atmosfeer ; rivierwater en andere wateren, die met de aardoppervlakte of met het inwendige van de aardkorst in aanraking zijn geweest, nemen daaruit bestanddeelen op, soms zelfs in belangrijke hoeveelheden, zooals o. a. de minerale wateren.

Om zuiver water te krijgen, moet men het dus zuiveren, hetgeen kan geschieden, voor zoover het betreft de onopgeloste stoffen, door filtratie, voor zoover het oplosbare stoffen aangaat, door destillatie. Om te maken, dat het destillaat niet door oplossen van de bestanddeelen van het vat wordt verontreinigd, mag dit niet oplossen, reden waarom men resistente glassoorten of beter, kwartsglas, ook vaak metalen als vertind koper of, het beste van al, platina distilleer-toestellen neemt. Daar de eerste deelen van het destillaat door gasvormige, de laatste door spatjes met de vaste bestanddeelen, die in het water aanwezig waren, kunnen zijn verontreinigd, wordt alleen de middelste fractie voor zuiver water opgevangen, waarbij nog moet worden gezorgd, dat er geen producten zijn, die bij de destillatie in deze portie kunnen overgaan, zooals het geval zou zijn bij de aanwezigheid van organische stoffen. Deze worden dus van te voren onschadelijk gemaakt door ze te oxydeeren. Voor de bereiding van het zuiverste water moet ook de lucht worden uitgesloten en de destillatie dus in vacuo worden uitgevoerd, terwijl het product eveneens in het luchtledig moet worden bewaard, daar het onmiddellijk bestanddeelen uit de lucht oplost. Van w. kent men den vasten, vloeibaren en gasvormigen toestand. Bij gewonen druk en uitsluiting van vertragingsverschijnselen gaat water bij een constante temperatuur, die men tot nulpunt van de thermometerschaal heeft gemaakt, in den vasten toestand, ijs, over; kunnen vertragingen optreden, zooals bij afwezigheid van alle bristalkiemen en vermijding van trillingen, dan kan het, maar dan in metastabielen toestand, ook bij lagere temperaturen vloeibaar blijven. Bij den overgang van vloeibaar water in ijs, heeft, in tegenstelling met de meeste nadere stoffen, uitzetting plaats, daar de dichtheid van water bij 0° 0,99988, die van ijs bij dezelfde temperatuur 0,91674 bedraagt.

Vandaar, dat ijs op water drijft en dat bij verhooging van den druk de smelttemperatuur van het ijs wordt verlaagd en wel voor ongeveer 130 atmosferen 1°. Behalve dit, in het hexagonale stelsel kristalliseerende, ijs kent men nog een vijftal andere modificaties, die alleen onder grootere drukken kunnen bestaan. Een ervan, het z.g. ijs VI, kan ook bij temperaturen boven 0° bestaan, echter alleen bij drukkingen boven de 8000 atmosferen. Boven 0° is het water overigens niet vast te houden. Het gaat in den vloeibaren toestand over, waarbij per Gram 79 calorieën worden opgenomen. Deze buitengewone hooge waarde van de smeltwarmte maakt ijs tot een uiterst geschikte stof om warmte te onttrekken. Het vormt een vloeistof, waarvan de kleur in dikke lagen blauwachtig of bruinachtig is of mengkleuren vertoont, afhankelijk van minimale sporen bijmengselen. De infraroode stralen worden zeer sterk geabsorbeerd. De dichtheid neemt niet, zooals bij andere stoffen, geleidelijk af met toenemende temperatuur, maar vertoont bij 4,08° een maximum, pit dichtheids-maximum heeft men als eenheid van dichtheid aangenomen.

Met verandering van druk verschuift het naar lagere temperaturen, zoodat het bij ongeveer 10 atmosferen op 3,4° ligt. De oorzaak van het ongewone verloop van do dichtheid met de temperatuur moet worden gezocht in het feit, dat het water ten deele uit enkel-moleculen H20, ten deel uit dubbele en drievoudige moleculen bestaat; in verhoudingen, welke met de temperatuur verschuiven, Evenals de dichtheid heeft men ook de specifieke warmte van het water als eenheid aangenomen. Daar deze echter ook met de temperatuur verandert, moet men deze vastleggen en op 15° bepalen, of wel het gemiddelde tusschen 0° en 100° nemen. Zuiver water is een slechte geleider van de electriciteit, doordat het slechts voor een zeer klein gedeelte, n.l. van de orde van 1/10.000.000 deel, in positief geladen waterstof-ionen en negatief geladen hydroxyl-ionen is gesplitst. Zoowel ijs als water verdampen bij alle temperaturen. De spanning van den verzadigden damp neemt bij toenemende temperatuur snel toe. De temperatuur, waarbij de waterdampspanning gelijk wordt aan die van één atmosfeer, dus 760 m.M. kwikdruk, heeft men het 100 punt van den thermometer genoemd. Aldus zijn het vries- en kookpunt van het water de vaste punten van onze gewone thermometerschaal.

Bij 0° bedraagt de dampdruk slechts 4.6 m.M.. bij 20° 17.4 m.M. Boven 100° is de druk ongeveer evenredig met (temperatuur: 100)4, zoodat dus bij 121° een druk van twee, bij 132° van drie atmosferen wordt bereikt. Men maakt hiervan gebruik in de stoommachines. Ook de overgang van den vloeibaren in den gasvormigen toestand kost buitengewoon veel warmte; immers de latente verdampingswarmte (bij 100°) bedraagt 636 calorieën per gram. W. is een oplosmiddel voor zeer veel stoffen, zij het ook in verschillende mate. Door zijn algemeen voorkomen speelt het echter een belangrijke rol, ook in een aantal gevallen, waar de geringe oplosbaarheid anders geen of bijna geen beteekenis zou hebben. De gewone regels voor de oplosbaarheid, n.l. dat die van gassen bij toenemende temperatuur afneemt, om bij het kookpunt 0 te worden, en dat de meeste andere stoffen bij verhoogde temperatuur meer oplossen, gaan ook bij water door. Natuurlijk veroorzaakt de vorming van min of meer stabiele verbindingen afwijkingen. Een bijzonderheid is, dat het w. als sterk dissocieerende stof een electrolytische dissociatie van een groot aantal van de opgeloste stoffen teweegbrengt en dat daardoor deze oplossingen een geheel bijzondere plaats gaan innemen, daar hierin over het algemeen de reacties met buitengewone gemakkelijkheid en snelheid verloopen.

Ook bij de aanwezigheid van zeer weinig water heeft dit somtijds reeds een sterk versnellenden invloed en het is gebleken, dat allerlei reacties bij totale afwezigheid van water niet verloopen. Zoo verbrandt waterstof niet met zuurstof, als beide gassen absoluut droog zijn, evenmin ale kooloxyd. De hoeveelheden, die echter voldoende zijn om de gewone gemakkelijke reactie weer te bewerken, zijn zoo gering, dat alleen met de alleruiterste voorzorgsmaatregelen een voldoende droging is te bereiken. Echter is in vele gevallen reeds een minder volledige droging voldoende, zoodat b.v. het roesten van ijzer reeds in gewone droge lucht niet intreedt. Water wordt door verschillende stoffen gebonden op min of meer losse wijze; dergelijk water, dat vooral bij verschillende zouten wordt aangetroffen, neemt schijnbaar geen deel aan den opbouw van het chemische molecule en wordt daarvan dan ook als kristalwater vanouds onderscheiden. De sterkte der verbinding is zeer uiteenloopend. Terwijl bij sommige kristalwaterhoudende zouten de splitsing vanzelf of bij zwakke verwarming intreedt, geschiedt dit bij andere eerst bij temperaturen, waarbij het molecule zelf ook uiteenvalt. De vraag naar de binding van het kristalwater is dan ook nog steeds open.

W. kan worden ontleed door den electrischen stroom. Daar deze echter in zuiver water een grooten weerstand ondervindt, voegt men gewoonlijk zouten of zuren toe, naar het heet, om den weerstand te verkleinen. In werkelijkheid heeft dan echter niet primair ontleding van het water plaats, maar van de toegevoegde stof, die dan door een gewone chemische reactie het water ontleedt en zelf wordt teruggevormd. Het heeft dus den schijn, dat het water wordt ontleed. Eveneens heeft ontleding in waterstof en zuurstof plaats door hooge temperatuur, door ultraviolet licht, door radiumstralen. Van de metalen verdringen de alkalimetalen en de metalen der alkalische aarden de waterstof reeds bij gewone temperatuur, de andere niet-edele metalen, die boven in de spanningsreeks staan, zooals magnesium, aluminium, ijzer, zink, alleen bij hoogere temperatuur of indien men door inschakeling van een electrisch proces (aanraking met een edeler metaal) de onmerkbaar verloopende reactie versnelt. Ook koolstof werkt bij hooge temperatuur in, hetgeen wordt toegepast bij het belangrijke watergasproces. Ontleding van het w., door verdringing van de zuurstof, geschiedt door de halogenen, met uitzondering van het jodium, dat alleen aan een dergelijke reactie kan deelnemen, als tegelijk een ander element of verbinding de zuurstof tot zich neemt.

Dergelijke reacties treden niet alleen op bij andere elementen, zooals zwavel en phosphor, maar ook bij verschillende verbindingen. Veel meer komt het echter voor, dat bij dergelijke reacties de splitsing van het w. niet verloopt aldus, dat het in waterstof en zuurstof, maar in waterstof en hydroxyl wordt gesplitst. De waterstof verbindt zich bij deze „hydrolyse” met het negatieve, de hydroxyl met het positieve deel van het gesplitste molecule. Om water te verwijderen, kan men het door uitvriezen in den vasten toestand o vervoeren en aldus van de vloeibaar gebleven rest scheiden ; bij het uitkristalliseeren heeft het omgekeerde plaats. Hier blijft het water, doch met een deel van de opgeloste stof te zamen vloeibaar. Zeer gebruikelijk is ook het w. te verwijderen door verdamping, welke door verhooging van temperatuur, waardoor de spanning van den verzadigden damp toeneemt, of door wegnemen van den gevormden waterdamp, hetzij door wegpompen, hetzij door wateraantrekkende stoffen, waardoor ook de verdampingssnelheid wordt bevorderd, kan worden versneld. Als zulke wateraantrekkende of hygroscopische stoffen zijn b.v. gebruikelijk . sterk zwavelzuur, calciumchloride, phosphorpentoxyde, ongebluschte kalk. De werking van een deel van deze droogmiddelen berust op de vorming van nieuwe chemische verbindingen, welke ook ter verwijdering van het vloeibare water kunnen worden toegepast, hetzij dat het als geheel wordt gebonden, zooals bij de toepassing van de beide laatstgenoemde middelen, hetzij op andere wijze. ontleed, zooals bij het gebruik van natrium, waarbij waterstof gasvormig ontwijkt en hydroxyl in den vorm van natriumhydroxyde wordt gebonden en onschadelijk gemaakt. — Van technisch standpunt gezien, behoort het water mede tot de allerbelangrijkste grondstoffen.

De industrie bezigt het als beweegkracht, als transportmiddel (b.v. bietengoten), als oplosmiddel voor allerhande stoffen, en als reinigingsmiddel. Een geheel afzonderlijke plaats neemt het in als grondstof voor de ontwikkeling van stoom. Voor bijna alle technische toepassingen is het gehalte aan opgeloste, meest van organische stoffen een ernstig bezwaar. Zij veroorzaken bij het indampen den ketelsteen, zij verhoogen in de wasscherijen het zeepverbruik, zij beïnvloeden in de textielindustrie de gebruikte vezels en kleurstoffen. In de gistingsbedrijven bepalen de bijna steeds aanwezige micro-organismen gedeeltelijk de natuur van de gevormde producten. Voor de beoordeeling van het gehalte aan calcium- en magnesiumzouten, zie HARDHEID VAN WATER, en voor de verwijdering van deze producten en van ijzer, zie KETELVOEDINGSWATER en ONTIJZEREN. Een belangrijk technisch probleem vormt evenzeer de reiniging van de enorme hoeveelheden water, die in de verschillende industrieën als afvalproducten ontstaan. Evenzoo het afvalwater van de groote steden.

Beide kunnen bij onvoldoende reiniging tot ernstige hygiënische misstanden voeren. Men denke slechts aan de beruchte afvalwateren van b.v. de Groningsche stroocartonfabrieken en de textielfabrieken. In ons land is deze materie nog steeds niet door de wet uniform geregeld. Zoolang de verontreinigingen slechts in hoofdzaak door anorganische stoffen worden gevormd, zijn de bezwaren niet zoo ernstig. Bovendien is het dikwijls mogelijk, door toevoeging van geschikte chemicaliën en een bezink- of filtratieproces een zuivering te bewerken. Slechts in zeer enkele gevallen, zooals b.v. bij de kali-industrie in Midden-Duitschland, ontstaan zóó geweldige hoeveelheden anorganische afvalloog, dat het aflaten in de rivieren tot ernstige schade aan den vischstand en den landbouw voert. In zoo’n geval is gedwongen indampen, hoewel zeer kostbaar, de eenige oplossing. Van veel grooter belang is de reiniging van organische verontreinigingen, die tot rotting kunnen overgaan.

Niet zelden kunnen hieruit, door het water in bassins tot rust te laten komen, waardevolle producten worden verkregen : zoo bijna overal in de vetindustrieën. De rest wordt het best op afgelegen terreinen weggevoerd. Onder medewerking van de bodembacteriën treedt dan weldra een oxydatieproces op, dat ten slotte alle organische stof vernietigt. Tevens gaat hiermee een aanmerkelijke verbetering van den gebruikten grond gepaard, voor zoover betreft zijn gehalte aan plantenmeststoffen. Arme terreinen kunnen hierdoor tot uitstekenden weidegrond worden gemaakt. Slechts daar, waar uitgestrekte terreinen ter beschikking staan, is dit systeem toe te passen, doch dan ook met veel succes. Anders is het aflaten in bezinkbassins en het wegvoeren van het voor.loopig gereinigde water in de rivieren de eenige oplossing. Gelukkig blijkt, dat in het stroomend water onder medewerking van de luchtzuurstof en sommige bacteriesoorten vanzelf een sterke vermindering van het gehalte aan organische doode en levende stof intreedt (zelfreiniging), zóó, dat de afvalstoffen, enkele K.M. beneden de plaats van inlaat, gewoonlijk reeds weer verdwenen zijn.