Winkler Prins Encyclopedie

E. de Bruyne, G.B.J. Hiltermann en H.R. Hoetink (1947)

Gepubliceerd op 18-10-2023

WATER

betekenis & definitie

(Lat. aqua,), H20 komt in gasvormige, vloeibare en vaste toestand in de natuur in grote hoeveelheden voor. Als damp is het overal aanwezig in de benedenste lagen van de atmosfeer, in vloeibare toestand bedekt het meer dan de helft van het aardoppervlak, terwijl de beide poolgebieden en het hooggebergte met een soms zeer dikke laag ijs zijn bedekt.

Zowel in de plantaardige als in de dierlijke organismen vormt het een overwegend bestanddeel; ook maakt het deel uit van vele mineralen (gips, opaal, kleimineralen). In de natuur is er een kringloop van het water (z atmosfeer, neerslag, regen). Als gevolg van de natuurlijke destillatie is regenwater vrij zuiver; behalve opgeloste lucht en koolzuur bevat het sporen salpeter- en salpeterigzuur, ammoniak (z stikstof) en waterstofperoxyde, naast stofdeeltjes enz. In industriegebieden zijn steeds ook zwaveldioxyde SO, en zwavelzuur aanwezig, die verantwoordelijk zijn voor de aantasting van bouwwerken (Londen). Natuurlijk water uit bronnen en rivieren bevat vaak calcium- en magnesiumzouten (z hardheid), ook ijzer- en mangaanverbindingen. Voorts zijn er vele bronwateren, die tal van zouten bevatten. Zeewater bevat een zeer groot aantal elementen (z zee).Water is lange tijd als een element beschouwd. In 1781 ontdekte Cavendish de vorming van water bij de explosie van waterstof-luchtmengsels, maar pas Lavoisier interpreteerde deze uitkomst in 1783 op de juiste wijze. De ontleding van water door de electrische stroom in waterstof en zuurstof werd ontdekt in 1789 door de „Hollandse Scheikundigen”. Water ontstaat behalve door synthese uit de elementen ook bij de verbranding van waterstofhoudende stoffen (hout, alkohol) en door de inwerking van waterstof op oxyden.



Waterdamp
bestaat uit moleculen H20. Het molecule bestaat uit een zuurstofatoom met twee waterstofatomen met een afstand OH 0,95 A en een hoek HOH van 104 ½°. Het molecule heeft een electrisch dipoolmoment (z dipool) van 1,84 D. Bij de vorming van water komt zeer veel energie vrij ; voor vloeibaar water is de vormingswarmte 68,39 kcal/mol, waterdamp 57,83 kcal/mol. De thermische dissociatie treedt pas bij zeer hoge temperaturen op ; zo is de dissociatiegraad bij 2000 en 3000 gr. K resp. 0,6 pct en 14 pct. In de lichtboog, bij electrische ontladingen en bij de doorgang van Röntgenstralen e.d., ontstaan OH-radicalen.

Vloeibaar water is reukloos en smaakloos en in niet te dikke lagen ook kleurloos. In dikten van enkele meters is ook zuiver water blauwachtig. Natuurlijk water is vaak gekleurd door slib of micro-organismen. Water is in vele opzichten sterk afwijkend van een normale vloeistof, in één opzicht, het dichtheidsmaximum bij 4 gr. G. (3,98 gr.), is het zelfs uniek. Desoortelijke warmte is zeer hoog, 1 cal/gram bij 15 gr. (minimum bij 35 gr.) bijna dubbel zo groot als die van ijs, de compressibiliteit, 50 X 10-8 atm-1, is klein.

De diëlectrische constante van 81 (bij 20 gr) is één van de hoogste bekende waarden voor een vloeistof. Het kookpunt bij 100 gr. C. is veel hoger dan verwacht zou kunnen worden. De verdampingswarmte is 9,71 kcal/mol. Het kritisch punt ligt bij 217,7 atm en 374 gr. en een dichtheid van 0,4.

Ook de Trouton-constante is met 26,0 hoger dan normaal. Dit alles hangt samen met de sterke associatie van het water. Bij deze associatie wordt ieder watermolecule omringd door vier andere moleculen, verbonden door waterstofbindingen. Deze semi-kristallijne structuur gelijkt op die van kwarts. Het dichtheidsmaximum is een gevolg van het feit, dat de tridymiet-achtige structuur, overeenkomstig die van het ijs, plaats maakt voor de dichtere kwartsstructuur (z silicium, -verbindingen). Pas bij temperaturen boven 150 gr. wordt de structuur van water min of meer normaal.

Water is in geringe mate gesplitst in H+ en OH~-ionen; dit evenwicht wordt beheerst door de formule (H+) X (OH-) = kw waarbij kw bij 18 gr. is 0,58 X 10-14, bij 25 gr. 1 X 10-14 (z pHj). Het geleidend vermogen van volstrekt zuiver water (Kohlrausch en Heydweiller) is 0,04 X 10-6 ohm-1 bij 18 gr. C. Zelfs van dubbel gedestilleerd water is echter het geleidend vermogen bijna steeds hoger dan dit bedrag onder de invloed van opgelost koolzuurgas uit de lucht en van alkali opgelost uit het glas. De hoge loopsnelheid van de H+ -ionen 318 en ook van de OH--ionen 174 wordt veroorzaakt door een estafettemechanisme, waarbij alleen het waterstofion in de O-H O brug verspringt (z waterstofbinding).



IJs


Terwijl het smeltpunt van ijs onder 1 atm per definitie bij o gr. G. ligt, ligt het tripelpunt onder de eigen dampdruk van 4,58 mm Hg bij + 0,0077 gr.C. Daar anders dan bij vrijwel alle stoffen de dichtheid van ijs, 0,9168 bij 0 gr. C, lager is dan van de vloeistof, 0,99984, wordt het smeltpunt onder druk verlaagd (bij 2200 atm. gelijk — 20 gr. C.). Bij een druk van 2200 atm. en -—-22,1 gr.

C. gaat het gewone ijs (I) over in een allotrope modificatie (z allotropie), ijs III, en dit vormt bij 2240 atm. en —37 gr. C. ijs II; er zijn in totaal 7 modificaties van ijs bekend. Of er ook bij gewone druk nog een andere metastabiele modificatie van ijs kan voorkomen, is niet geheel zeker. Bij snelle afkoeling tot zeer lage temperatuur kan er wel een glas worden gevormd, geheel analoog aan Si02 (z silicium, -verbindingen). Ook in ijs zijn er waterstofbindingen tussen de moleculen, zodat er telkens één waterstofatoom ligt op de verbindingslijn tussen twee zuurstofatomen.

Water is een zeer goed oplosmiddel voor vele verbindingen opgebouwd uit ionen, zoals zouten, zuren en basen, als gevolg van de hoge diëlectriciteitsconstante en het grote dipoolmoment ( oplosbaarheid). Van de organische verbindingen zijn vooral goed oplosbaar de zuren, aldehyden en alkoholen, in verband met de vorming van waterstofbindingen. De niet-polaire organische verbindingen, zoals de aliphatische en aromatische koolwaterstoffen, zijn vrijwel onoplosbaar. Bij de gassen zijn zeer sterk oplosbaar bijv. HCl, CO2 en NH2. Belangrijk is ook de grotere oplosbaarheid van zuurstof dan van stikstof, waardoor de in water opgeloste lucht 34 pct zuurstof bevat, i.p.v. 21 pct (z oplosbaarheid).

Water wordt bij kamertemperatuur, behalve door de electrische stroom (na toevoeging van electrolyt). ook ontleed door de alkalimetalen (z natrium) en met geringere snelheid door de aardalkalimetalen. Bij hogere temperaturen ontleden echter ook elementen. zoals ijzer en koolstof, de waterdamp onder vorming van waterstof (z watergas). De reactie van water met zouten van zwakke zuren of basen is het verschijnsel van de hydrolyse. Verder reageert water met tal van zure en basische oxyden onder vorming van zuren en hydroxyden, soms zelfs zeer heftig, verg. P305, S08 en CaO (z hygroscopische stoffen). Door adsorptie binden tal van fijn verdeelde stoffen meer of minder belangrijke hoeveelheden water.

PROF. DR J. A. A. KETELAAR

Lit.: N. E. Dorsey, Properties of Ordinary Water-Substance (New York 1940).