Fysikaliska egenskaper
Vatten har flera viktiga fysiska egenskaper. Även om dessa egenskaper är bekanta på grund av allmänt vatten, är de flesta av de fysiska egenskaperna hos vatten ganska atypiska. Med tanke på den låga molära massan av dess beståndsdelande molekyler har vatten ovanligt stora värden på viskositet, ytspänning, förångningsvärme och förångningsförmåga, som alla kan tillskrivas de omfattande vätebindningsinteraktioner som finns i flytande vatten. Den öppna isstrukturen som möjliggör maximal vätebindning förklarar varför fast vatten är mindre tätt än flytande vatten - en mycket ovanlig situation bland vanliga ämnen.
| Valda fysiska egenskaper hos vatten | |
|---|---|
| molmassa | 18,0151 gram per mol |
| smältpunkt | 0,00 ° C |
| kokpunkt | 100,00 ° C |
| maximal densitet (vid 3,98 ° C) | 1.0000 gram per kubikcentimeter |
| densitet (25 ° C) | 0,99701 gram per kubikcentimeter |
| ångtryck (25 ° C) | 23,75 torr |
| smältvärme (0 ° C) | 6,010 kilojoule per mol |
| förångningsvärme (100 ° C) | 40,65 kilojoule per mol |
| bildningsvärme (25 ° C) | −285,85 kilojoules per mol |
| förångningens entropi (25 ° C) | 118,8 joule per ° C mol |
| viskositet | 0,8903 centipoise |
| ytspänning (25 ° C) | 71,97 dyner per centimeter |
Kemiska egenskaper
Syrabasreaktioner
Vatten genomgår olika typer av kemiska reaktioner. En av de viktigaste kemiska egenskaperna hos vatten är dess förmåga att bete sig som både en syra (en protondonator) och som en bas (en protonacceptor), den karakteristiska egenskapen för amfoteriska ämnen. Detta beteende är mest tydligt i autoionization av vatten: H 2 O (l) + H 2 O (l) ⇌ H 3 O ^ (aq) + OH - (aq), där (l) representerar det flytande tillståndet, (aq) indikerar att arten är upplöst i vatten, och dubbelpilarna indikerar att reaktionen kan inträffa i endera riktningen och att det finns ett jämviktstillstånd. Vid 25 ° C (77 ° F) koncentrationen av hydratiserad H + (dvs H 3 O ^, känd som hydroniumjonen) i vatten är 1,0 x 10 -7 M, där M representerar mol per liter. Sedan en OH - jon produceras för varje H 3 O + jon, koncentrationen av OH - vid 25 ° C är också 1,0 x 10 -7 M. I vatten vid 25 ° C H 3 O + koncentrationen och OH - koncentration måste alltid vara 1,0 × 10 −14: [H +] [OH -] = 1,0 × 10 −14, där [H +] representerar koncentrationen av hydratiserade H + -joner i mol per liter och [OH -] representerar koncentrationen av OH - joner i mol per liter.
När en syra (ett ämne som kan producera H + -joner) löses i vatten, bidrar både syran och vattnet H + -joner till lösningen. Detta leder till en situation där H + -koncentrationen är större än 1,0 × 10 −7 M. Eftersom det alltid måste vara sant att [H +] [OH -] = 1,0 × 10 −14 vid 25 ° C, [OH -] måste sänkas till något värde under 1,0 × 10 −7. Mekanismen för att reducera koncentrationen av OH - innefattar reaktionen H + + OH - → H 2 O, vilket sker i den utsträckning som behövs för att återställa produkten av [H +] och [OH -] till 1,0 x 10 -14 M. Således, när en syra sätts till vatten, innehåller den resulterande lösningen mer H + än OH -; det vill säga [H +]> [OH -]. En sådan lösning (i vilken [H +]> [OH -]) sägs vara sur.
Den vanligaste metoden för att specificera surhetsgraden hos en lösning är dess pH, som definieras i termer av vätejonkoncentrationen: pH = − log [H +], där symbolloggen står för en bas-10-logaritm. I rent vatten, där [H +] = 1,0 × 10 −7 M, pH = 7,0. För en sur lösning är pH-värdet mindre än 7. När en bas (ett ämne som uppträder som en protonacceptor) upplöses i vatten minskas H + -koncentrationen så att [OH -]> [H +]. En baslösning kännetecknas av att ha ett pH> 7. Sammanfattningsvis i vattenlösningar vid 25 ° C:
| neutral lösning | [H +] = [OH -] | pH = 7 |
| sur lösning | [H +]> [OH -] | pH <7 |
| grundläggande lösning | [OH -]> [H +] | pH> 7 |
