Was ist reines Wasser? < Chemie < Naturwiss. < Vorhilfe
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(Frage) beantwortet  | | Datum: | 13:56 So 08.08.2004 | | Autor: | Paulus |
Hallo Chemiker aus aller Welt,
ich habe eine ganz dumme Frage: Wie wird Wasser definiert?
Auf die Frage bin ich so gestossen: mein Sohn bereitet sich, löblicherweise, ein wenig auf das 9. Schuljahr vor und hat in einem Taschenbuch folgende Definition zu reinen Stoffen gelesen:
"Ein Reinstoff ist ein Stoff, der aus gleichbeschaffenen Teilchen besteht, jedes Teilchen hat dieselben Eigenschaften. Ein chemisches Material, das aus Teilchen mit verschiedenen wesentlichen Eigenschaften besteht, heisst Gemenge"
Aufgrund dieser Definition habe ich ihm dann erklärt, dass demnach (reines) Wasser kein reiner Stoff sei, da sein pH-Wert 7 ja darauf hindeutet, dass es neben [mm] $H_{2}O$ [/mm] Molekülen auch [mm] $OH^{-}$ [/mm] und [mm] $H_{3}O^{+}$ [/mm] Ionen enthält.
Nun werden aber unmittelbar hinter der oben zitierten Definition einige Beispiele von Reinstoffen aufgeführt, unter anderem auch Wasser!
Ich konnte mich da nur herausreden, indem ich ihm gesagt habe, dass der Chemiker unter dem Begriff "Wasser" vielleicht eben [mm] $H_{2}O$ [/mm] (also etwas, das es nur in der Theorie gibt und in der realen Welt nicht herstellbar ist) versteht, womit das Ganze wieder mit der Definition übereinstimmen würde.
Wie steht ein Chemiker zu diesem Problem?
Vielen Dank zum Voraus für eine Antwort, und sei es auch nur eine Bestätigung, dass die Chemie die Definitionen nicht mit mathematischer Genauigkeit versteht, sondern immer eine "realistische, zumutbare Toleranz" mitschwingt.
Mit lieben Grüssen
P.S. Ich habe diese Frage in keinem anderen Forum gestellt! 
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(Antwort) fertig  | | Datum: | 15:42 So 08.08.2004 | | Autor: | Fugre |
> Hallo Chemiker aus aller Welt,
>
> ich habe eine ganz dumme Frage: Wie wird Wasser
> definiert?
>
> Auf die Frage bin ich so gestossen: mein Sohn bereitet
> sich, löblicherweise, ein wenig auf das 9. Schuljahr vor
> und hat in einem Taschenbuch folgende Definition zu reinen
> Stoffen gelesen:
>
> "Ein Reinstoff ist ein Stoff, der aus gleichbeschaffenen
> Teilchen besteht, jedes Teilchen hat dieselben
> Eigenschaften. Ein chemisches Material, das aus Teilchen
> mit verschiedenen wesentlichen Eigenschaften besteht,
> heisst Gemenge"
>
> Aufgrund dieser Definition habe ich ihm dann erklärt, dass
> demnach (reines) Wasser kein reiner Stoff sei, da sein
> pH-Wert 7 ja darauf hindeutet, dass es neben [mm]H_{2}O[/mm]
> Molekülen auch [mm]OH^{-}[/mm] und [mm]H_{3}O^{+}[/mm] Ionen enthält.
>
> Nun werden aber unmittelbar hinter der oben zitierten
> Definition einige Beispiele von Reinstoffen aufgeführt,
> unter anderem auch Wasser!
>
> Ich konnte mich da nur herausreden, indem ich ihm gesagt
> habe, dass der Chemiker unter dem Begriff "Wasser"
> vielleicht eben [mm]H_{2}O[/mm] (also etwas, das es nur in der
> Theorie gibt und in der realen Welt nicht herstellbar ist)
> versteht, womit das Ganze wieder mit der Definition
> übereinstimmen würde.
>
> Wie steht ein Chemiker zu diesem Problem?
>
> Vielen Dank zum Voraus für eine Antwort, und sei es auch
> nur eine Bestätigung, dass die Chemie die Definitionen
> nicht mit mathematischer Genauigkeit versteht, sondern
> immer eine "realistische, zumutbare Toleranz"
> mitschwingt.
>
> Mit lieben Grüssen
>
> P.S. Ich habe diese Frage in keinem anderen Forum gestellt!
>
>
Also wenn mein bescheidenes chemisches Wissen mich nicht täuscht, dann liegt dein Problem beim ph-Wert.
Der ph-Wert ist ja nichts anderes als der negative dekadische Logarithmus der molaren Konzentration der Wasserstoff-Ionen und bei einem ph-Wert von 7 gibt es genau so viele Oxoniumionen wie auch Wasserstoffionen. Diese beiden Ionen können zu Wasser ( [mm]H_{2}O[/mm] ) reagieren und so gibt es in einer Lösung mit dem ph-Wert 7 keine Ionen und daraus folgt wiederum, dass die Flüssigkeit - in unserem Fall reines Wasser - nicht leitfähig ist. Das Leitungswasser ist natürlich leitfähig, aber nur weil es nicht rein ist, da Minerale darin gelöst sind. Es hat außerdem keinen ph-Wert von exakt 7, dieser befindet sich in der Regel irgendwo zwischen 5 und 7. Schon sehr gut zu beobachten ist der Effekt bei destilliertem oder entmineralisiertem Wasser.
Ich hoffe ich konnte dir ein wenig helfen.
mit freundlichen Grüßen
Fugre
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 16:12 So 08.08.2004 | | Autor: | Paulus |
Hallo Fugre
erstmal vielen Dank für die schnelle Antwort. Leider habe ich das Problem immer noch, da sich mein Verständnis des pH-Wertes nicht ganz mit deinem deckt.
>
> Also wenn mein bescheidenes chemisches Wissen mich nicht
> täuscht, dann liegt dein Problem beim ph-Wert.
> Der ph-Wert ist ja nichts anderes als der negative
> dekadische Logarithmus der molaren Konzentration der
> Wasserstoff-Ionen und bei einem ph-Wert von 7 gibt es genau
> so viele Oxoniumionen wie auch Wasserstoffionen. Diese
![[ok]](/images/smileys/ok.gif "[ok]") Ja, bis hierhin deckt sich meine Kenntnis mit deiner.
> beiden Ionen können zu Wasser ( [mm]H_{2}O[/mm] ) reagieren und so
> gibt es in einer Lösung mit dem ph-Wert 7 keine Ionen und
... aber da bin ich nicht mehr einverstanden. Nach meiner Kenntnis besagt ja der pH-Wert, dass eben [mm] $H_{3}O^{-}$-Ionen [/mm] existieren! Natürlich gibt es die Reaktion
[mm] $H_{3}O^{-} [/mm] + [mm] OH^{+} \to [/mm] 2 [mm] H_{2}O$
[/mm]
aber gleichzeitig gibt es (an einem anderen Ort) im Wasser auch die Reaktion in umgekehrter Richtung:
$2 [mm] H_{2}O \to H_{3}O^{-} [/mm] + [mm] OH^{+}$
[/mm]
Die Reaktionsgeschwindigkeiten sind beide gleich gross, so dass sich ein stabiles, dynamisches Gleichgewicht einstellt. (Mit pH-Wert 7 als auch pOH-Wert 7)
Mit anderen Worten: reines Wasser besteht zur Hauptsache aus [mm] $H_{2}O$-Molekülen, [/mm] zu einem kleinen Teil [mm] ($10^{-7}/Mol$) [/mm] aus [mm] $H_{3}O^{+}$-Ionen [/mm] und ebensovielen [mm] $OH^{-}$-Ionen.
[/mm]
Das ist mein Verständnis des pH-Wertes von reinem Wasser. Sollte da ein grundlegender Fehler sein, so bitte ich um weitere Aufklärung.
> daraus folgt wiederum, dass die Flüs{s}igkeit - in unserem
> Fall reines Wasser - nicht leitfähig ist. Das
> Leitungswasser ist natürlich leitfähig, aber nur weil es
> nicht rein ist, da Minerale darin gelöst sind. Es hat
> außerdem keinen ph-Wert von exakt 7, dieser befindet sich
> in der Regel irgendwo zwischen 5 und 7. Schon sehr gut zu
> beobachten ist der Effekt bei destilliertem oder
> entmineralisiertem Wasser.
>
> Ich hoffe ich konnte dir ein wenig helfen.
>
Vielen Dank nochmals für die Mühe, aber ich scheine begriffsstutzig zu sein
Ich setze, mit deinem Einverständnis, die ursprüngliche Frage wieder auf "Halb-beantwortet", in der Hoffnung, noch weitere guten Geister damit anzuziehen.
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 16:48 So 08.08.2004 | | Autor: | Fugre |
Wie erklärst du denn, dass Wasser nicht leitfähig ist, obwohl es Ionen gibt?
Wieso muss die Reaktion eine Gleichgewichtsreaktion sein?
Ich glaube, dass wir der Antwort ein gutes Stück näher sind, wenn wir diese Fragen erstmal beantwortet haben.
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(Antwort) fertig | | Datum: | 18:08 So 08.08.2004 | | Autor: | Paulus |
Hallo Fugre
nochmals vielen Dank für deine Geduld!
> Wie erklärst du denn, dass Wasser nicht leitfähig ist,
> obwohl es Ionen gibt?
Wer behauptet den sowas? Die Leitfähigkeit des reinen Wassers ist nicht Null, aber sehr, sehr klein, so dass die meisten Messinstrumente versagen.
(In der Physik gibte es eigentlich nichts, was eine Eigenschaft Null hat; mit Gewalt geht fast alles; zum Beisspiel ist auch ein Atomkern spaltbar).
Siehe zur Leitfähigkeit des Wassers doch bitte mal die Tabelle in folgendem Link an:
![[]](/images/popup.gif) http://home.t-online.de/home/uwe.biesen/campquest.htm
> Wieso muss die Reaktion eine Gleichgewichtsreaktion
> sein?
Weil sich der pH-Wert insgesamt nicht ändert.
Das ist wie in einem See, dessen Pegel sich nicht ändert, obwohl Wasser abfliesst: dann müssen halt irgendwo Zuflüsse existieren, deren Wassermenge pro Zeiteinheit genau so gross ist wie der Abfluss (plus Verdunstung )
> Ich glaube, dass wir der Antwort ein gutes Stück näher
> sind, wenn wir diese Fragen erstmal beantwortet haben.
>
Mit lieben Grüssen
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(Mitteilung) Reaktion unnötig  | | Datum: | 18:21 So 08.08.2004 | | Autor: | Josef |
Hier kannst du einiges über "Wasser" erfahren:
http://de.wikipedia.org/wiki/Wasser (Link geändert; Marc)
Wasser,
chemische Verbindung von Wasserstoff und Sauerstoff, H2O. Im Wassermolekül sind die beiden Wasserstoffatome kovalent so an den Sauerstoff gebunden, dass das Molekül ein gleichschenkliges Dreieck bildet, wobei der Winkel HOH 104,5º beträgt. Die Ladungsdichte des gemeinsamen Elektronenpaares jeder OH-Bindung verteilt sich wegen der unterschiedlichen Elektronenaffinität nicht symmetrisch auf der Bindungsachse, sondern befindet sich näher am Sauerstoffatom. Das Wassermolekül hat deshalb ein beträchtliches Dipolmoment.
Eigenschaften und Arten:
Wasser siedet unter Normaldruck (1,01325 bar) bei 100ºC, geht aber auch bei tieferen Temperaturen langsam in Wasserdampf über (Verdunstung) und erstarrt bei 0ºC zu Eis. Schmelzpunkt und Siedepunkt dienen zur Festlegung der Celsius-Temperaturskala. Die Dichte von flüssigem Wasser beträgt bei 0ºC 0,999818 g/cm3, von Eis bei 0ºC nur 0,9168 g/cm3; bei 4ºC ist das Dichtemaximum von 1,000000 g/cm3 erreicht, bei weiterem Erwärmen nimmt die Dichte wieder ab (bei 20ºC 0,998231 g/cm3). Deshalb schwimmt Eis auf flüssigem Wasser und gefrieren Gewässer stets von der Oberfläche her. Die Volumenvergrößerung von etwa 9% beim Gefrieren von Wasser bewirkt das Platzen von mit Wasser gefüllten Gefäßen bei Frost sowie die Frostsprengung von Gesteinen. Wasser ist die häufigste chemische Verbindung auf der Erdoberfläche; es bedeckt die Erdoberfläche zu 71% und ist in Form von Wasserdampf bis zu 4% in der Atmosphäre enthalten. Wasser fließender oder stehender Binnengewässer mit einem Salzgehalt kleiner als 0,02% wird als Süßwasser bezeichnet; der Gehalt an Calcium- und Magnesiumionen bestimmt dabei die Härte des Wassers. Chemisch reines Wasser zur Verwendung in der analytischen Chemie und Medizin erhält man durch Destillation (destilliertes Wasser) oder über Ionenaustauscher. Trinkwasser enthält alle mineralischen Bestandteile, ist aber weitgehend keimfrei. In chemische Verbindungen eingebautes Wasser heißt Hydratwasser (Kristallwasser). Im gewöhnlichen Wasser kommen neben gewöhnlichem Wasserstoff auch die Isotope Deuterium und Tritium vor; schweres Wasser (Deuteriumoxid) ist in gewöhnlichem Wasser zu etwa 0,02% enthalten und kann durch Elektrolyse daraus gewonnen werden. Wasser, das am meisten gebrauchte Lösungsmittel, ist selbst nur in sehr geringem Maße dissoziiert; infolgedessen leitet reines Wasser den elektrischen Strom fast gar nicht. Wegen der großen Dielektrizitätskonstanten des Wassers dissoziieren (Dissoziation) Stoffe mit Ionenbindung (Salze, Säuren, Basen) in wässriger Lösung. Zwischen dem flüssigen Wasser auf der Erdoberfläche, dem durch Erwärmung aus ihm entweichenden Wasserdampf und dem gasförmig in der Atmosphäre und in Form feiner Tröpfchen in den Wolken befindlichen Wasser besteht ein ständiger Wasserkreislauf. Der natürliche Wasserkreislauf wird technisch zur Energiegewinnung in Wasserkraftwerken genutzt.
Bedeutung:
Für Existenz und Stoffwechsel bei allen Organismen ist Wasser überaus wichtig. Pflanzen bestehen zum Teil zu über 90%, höhere Tiere und der menschliche Körper zu mehr als 50% aus Wasser. Das Wasser vermittelt die chemischen und physikalischen Prozesse innerhalb und außerhalb der Zellen, das Strömen und die Diffusion der Gewebs- und Nahrungsflüssigkeiten und den Aufbau des kolloidalen Zustands der Körperbestandteile. Es regelt ferner die Körpertemperatur, indem es durch Verdunsten an der Oberfläche Wärme entzieht. Technisch ist Wasser in erster Linie als Kühl-, Lösungs- und Reinigungsmittel sowie als Ausgangsstoff für die Gewinnung von Wasserstoff und viele Synthesen in der chemischen Industrie von Bedeutung.
Literatur:
Kulturgeschichte des Wassers, herausgegeben von H.Böhme. Frankfurt am Main 1988.
Wasser, herausgegeben von K.-F. Busch. Leipzig 21988.
Croutier, A. L.: Wasser, Elixier des Lebens. Aus dem Amerikanischen. München 1992.
Landschaftswasserhaushalt, Beiträge von B. Wohlrab u.a. Hamburg u.a. 1992.
Marcinek,J. und Rosenkranz,E.: Das Wasser der Erde. Eine geographische Meeres- und Gewässerkunde. Gotha 21996.
Water, culture, and power, herausgegeben von J.M. Donahue u.a. Washington, District of Columbia, 1998.
Wasser und Gewässer. Ein Handbuch, herausgegeben von F.H. Frimmel. Heidelberg 1999.
© Bibliographisches Institut & F. A. Brockhaus AG, Mannheim 2001
Reines Wasser ist eine geruchs- und geschmacksneutrale Flüssigkeit. Es besitzt einen bläulichen Schimmer, der aber nur an dickeren Schichten wahrgenommen werden kann. Unter Druck kann Wasser zu einem Gel werden und eine höhere Viskosität als im herkömmlichen Zustand aufweisen. Bei Normaldruck (760 Millimeter Quecksilbersäule oder 760 Torr) liegt der Gefrierpunkt des Wassers bei 0 ºC und der Siedepunkt bei 100 ºC. Wasser erreicht seine größte Dichte bei einer Temperatur von 4 ºC; beim Gefrieren dehnt es sich aus. Wie die meisten Flüssigkeiten kann Wasser auch in einem unterkühlten Zustand existieren. In diesem Zustand bleibt es auch dann flüssig, wenn seine Temperatur unter dem Gefrierpunkt liegt. Wasser kann unter Laborbedingungen und selbst in der Atmosphäre leicht bis circa -25 °C abgekühlt werden, ohne dass es einfriert nach jüngsten Erkenntnissen bleibt Wasser sogar bei Temperaturen unter -113 °C flüssig. Unterkühltes Wasser gefriert bei Erschütterung, bei weiterer Temperaturabnahme oder wenn man einen Eiskristall hinzufügt. Die physikalischen Eigenschaften des Wassers dienten als Standards, um Temperaturskalen festzulegen und um im metrischen System die Einheit der Masse (das Gramm) ursprünglich zu definieren
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 19:32 So 08.08.2004 | | Autor: | Paulus |
Hallo Josef
vielen, vielen Dank für deine ausführliche Antwort!
Eigentlich hätte ja der erste Satz schon genügt mit der Anmerkung, dass Chemiker es so definieren:
Wasser,
chemische Verbindung von Wasserstoff und Sauerstoff, H2O
Für mich heisst das dann ja auch, dass sich der pH-Wert 7 nicht auf das in der Definition gegebene Wasser bezieht, sondern sich auf im Labor existierendes, destilliertes, hochreines Wasser bezieht. (Weil beim nach obiger Definition gegebenem Wasser der pH-Wert ja nahe [mm] $\infty$ [/mm] sein müsste)
Mit lieben Grüssen und nochmals vielen Dank
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(Antwort) fertig | | Datum: | 00:15 Mo 09.08.2004 | | Autor: | Stefan |
Lieber Paul!
> "Ein Reinstoff ist ein Stoff, der aus gleichbeschaffenen
> Teilchen besteht, jedes Teilchen hat dieselben
> Eigenschaften. Ein chemisches Material, das aus Teilchen
> mit verschiedenen wesentlichen Eigenschaften besteht,
> heisst Gemenge"
Diese Definition ist sicherlich durch die Verwendung des Ausdrucks "gleichbeschaffenen Teilchen" sehr schlecht, entspricht aber auch nicht der üblichen Definition von "Reinstoff".
Mathematisch exakte Definitionen kann eine empirische Wissenschaft nie liefern, aber eine bessere Definition wäre vielleicht:
Ein Reinstoff ist ein Stoff, der durch physikalische Trennverfahren nicht mehr in weitere Stoffe zerlegt werden kann.
Da ein Stoff auch eine in Ionen teildissoziierte Flüssigkeit sein kann (wie "reines Wasser" bei etwa pH 7), wäre demnach Wasser ein Reinstoff, denn es lässt sich durch physikalische Trennverfahren (wozu die Elektrolyse per definitionem nicht zählt) nicht in Wasserstoff und Sauerstoff (oder andere Stoffe) trennen.
Soviel von meinem Halbwissen aus meinem Ex-Chemie-Studium....
Liebe Grüße
Stefan
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 10:01 Mo 09.08.2004 | | Autor: | Paulus |
Hallo Stefan
Vielen Dank für deine Antwort. Genau danach habe ich eigentlich gesucht.
Es war mir schon klar, dass diese empirischen Wissenschaften nicht unbedingt überall mathematische Genauigkeit walten lassen können, aber Definitionen zu geben, die bereits auf den ersten Blick zu Widersprüchen führen, finde ich trotzdem nicht sehr seriös.
(Wenn ich mich an die mathematischen Fähigkeiten meines Chemielehrers (mit Doktor-Titel, wohlgemerkt) auf dem Weg zur Maturitätsprüfung erinnere, dann erstaunt mich diese Largeheit beim "mathemtischen Denken" der Chemiker überhaupt nicht.)
Ich werde die Definition in besagtem Taschenbuch dick durchstreichen und durch deine - offensichtlich bessere - Definition ersetzen!
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