WODA

H

2

O

Cząsteczka o budowie przestrzennej, niesymetrycznej, posiadająca
dwa wiązania kowalencyjne spolaryzowane O



H i dwie wolne

pary elektronowe nie uczestniczące w wiązaniach wewnątrz
cząsteczki, ale wpływające na oddziaływania międzycząsteczkowe.

CZĄSTECZKA WODY JEST DIPOLEM

a między cząsteczkami wody występują

WIĄZANIA WODOROWE

dzięki którym w wodzie przeważają zespoły cząsteczek –

asocjaty (0



C

– ok. 100 cząsteczek, 100



C

– ok. 6)

Wiązanie wodorowe

KONSEKWENCJE

Asocjacja cząsteczek wody

SKUTKI

Woda jest inna niż powinna być

w warunkach ziemskich występuje trzech postaciach (fazach)

lód woda para wodna

ciało stałe ciecz gaz

bez asocjacji woda byłaby ciekła w temp. –80 do –95

o

C

.

t < 0

o

C

0 < t < 100

o

C

t >100

o

C

Kryształ molekularny w układzie heksagonalnym

Własności
Lżejszy od wody
gęstość lodu d = 0,917 g/cm

3

(ok. 0

o

C)

gęstość wody d = 0,99984 g/cm

3

(ok. 0

o

C)

VIII odmian w zależności od temperatury i warunków powstawania

Kurt Vonnegut Kocia kołyska (lód IX)

p

t

Woda ciekła

Temperatura topnienia: 0

°C = 273,15 K

Temperatura wrzenia : 100

°C = 373,15 K

(pod ciśnieniem 1 atm)
Gęstość w temperaturze 4°C= 1 kg/l.

Ciepło właściwe [J/(kg*K) ]

woda

– 4187

lód – 1760
para wodna -1970
gliceryna

– 2386

drewno dębowe – 2400
szkło - 750–880

Wysokie ciepło parowania
odparowanie 1 kg H

2

O wymaga

dostarczenia energii dwukrotnie wyższej
niż dla innych substancji
woda działa jak stabilizator temperatury –
termostat

Bardzo dobra rozpuszczalność
(w wodzie morskiej wykryto ok. 80 związki
ok. pierwiastków)

Wykres fazowy wody

Trzy fazy wody występują wspólnie w punkcie potrójnym wody

t= 0,00100

o

C p

H2O

= 611,657 Pa

Punkt krytyczny wody

– powyżej temperatury krytycznej

niemożliwe jest skroplenie wody, bez względu na ciśnienie.

T

kr

= 647,3 K

Własności chemiczne wody

H

2

O jest bardzo stabilnym związkiem chemicznym

(rozkład w temperaturze 2700

o

C) ale:

1. ulega dysocjacji elektrolitycznej

2H

2

O  H

3

O

+

+ OH-

H

3

O

+

H

2

O ----- H

+

jon hydroniowy

2. reaguje z

metalami: 2 Na + 2HOH  2NaOH + H

2



tlenkami metali: CaO + HOH  Ca(OH)

2

- zasada

tlenkami niemetali: SO

2

+ HOH H

2

SO

3

- kwas

i wieloma innymi pierwiastkami i związkami, zwłaszcza

w podwyższonej temperaturze.

Można przyjąć, że w przyrodzie reakcje zawsze zachodzą przynajmniej w obecności wody,

gdyż występuje ona w większości substancji chemicznych jako:

1. woda krystalizacyjna (sieciowa)
wbudowana w strukturę kryształów
Hydratacja (uwodnienie)

– stechiometryczne przyłączanie wody

CuSO

4

+ 5H

2

O  CuSO

4

.

5H

2

O

biały

niebieski

hydratacja dehydratacja

2. koordynacyjna
związana z jonami związków uwodnionych (hydratów)
[Mn(H

2

O)

6

]

+

Cl

–

akwajon, woda koordynacyjna
3. woda konstytucyjna
występuje w postaci grup hydroksylowych OH

—

[Al(OH)

3

]

przy ogrzewaniu (prażeniu) następuje oddanie wody
i wytworzenie tlenku Al(OH)

3

 Al

2

O

3

4. woda luźno związana
(śródwęzłowa, międzysieciowa)

zeolityczna, międzywarstwowa

woda związana adsorpcyjnie ze strukturami o budowie porowatej: żel krzemionkowy,

glinokrzemiany (zeolity, glinki)

5. woda kapilarna
występuje w mikroporach (



<10

–7

m) materiałów porowatych

6. woda swobodna
występuje w makroporach, jamach międzyziarnowych oraz na zwilżonych

powierzchniach

WODA W PRAKTYCE

wodożądność
zawartość wody w mieszaninie zaprawy niezbędna do uzyskania odpowiedniej urabialności (
i prawidłowego utwardzenia)
wodonasiąkliwość
zdolność danego materiału do pochłaniania wody
wodoszczelność
odporność materiału na przenikanie wody
współczynnik rozmiękania
stosunek wytrzymałości materiału nasyconego wodą do wytrzymałości materiału suchego
(gips)
rozpuszczalność
stężenie roztworu wodnego (i nie tylko) w stanie nasycenia
mrozoodporność
odporność nasyconego wodą materiału na wielokrotne zamarzanie

twardość wody
cecha chemiczna wody określana przez zawartość w niej soli wapnia i magnezu
hydrofilność
możliwość przyłączania wody swobodnej
hydrofobowość
odpychanie cząsteczek wody

Woda w postaci gazu

– para wodna

zawsze obecna w powietrzu
średnio: od 0,5 do 4 % (vol)
(N

2

: 78,084, O

2

: 20,946: Ar: 0,934) % (vol)

podstawowe parametry:
zawartość pary wodnej w powietrzu (w)
stosunek masy wody m

v

do masy suchego powietrza m

a

w = m

v

/m

a

[g/g]

w nie

zależy od temperatury, ciśnienia itp

natomiast zmienia się wraz z ubytkiem lub przybytkiem wody
wilgotność względna (u)
bezwymiarowy stosunek masy pary wodnej m

v

faktycznie obecnej w danej

objętości powietrza do największej możliwej w danej temperaturze m

v, sat

.

u = m

v

/ m

v, sat

Odpowiada to stopniowi nasycenia powietrza parą wodną
RH = 100u [%]
0%<RH<100%
RH zależy od temeratury
temperatura punktu rosy (t

d

)

temperatura w której zawartość pary wodnej w powietrzu osiąga stan
nasycenia (dla danej temperatury)
RH=100%

Skutki zmian wilgotności lub jej wysokiej zawartości w powietrzu lub w
materiale

1. zmiany wymiarów i kształtów
2. reakcje chemiczne
3. korozja biologiczna

Optymalne RH dla różnych materiałów
Podstawowy warunek:
RH (i t) powinny być stabilne

65%

-

obszary tropikalne (niekorzystne dla metali i szkła)

55%

-

zalecana dla obiektów wykonanych z materiałów organicznych, zadowalająca dla

obiektów z materiałów mieszanych

45% - 50% -

dla obiektów mieszanych w przypadku ryzyka kondensacji. Niekiedy

zalecana dla papieru i tkanin

40% - 45%

-

odpowiednia dla metalu, dopuszczalna dla muzeów w klimacie suchym z

lokalnymi obiektami

<40%

-

odpowiednia dla niektórych gatunków szkła