En model af et vandmolekyle

Vi ser på et vandmolekyle . . .

• Vand er sammensat af brint og ilt

• Vandmolekylet er enkelt opbygget

• Vandmolekylet er meget let

Vand er en kemisk forbindelse mellem to hydrogenatomer og ét oxygenatom, dvs.     > > >

Denne forbindelse er afgørende for, hvordan vand opfører sig med hensyn til . . .

• massefylde

• smeltepunkt

• kogepunkt

Vi prøver først at sætte fokus på spørgsmålet ved at finde atomvægten for et vandmolekyle og sammenligne det med alm. gas og benzin (alkaner), vi kender fra hverdagen.

Se skemaet herunder og lav evt. stofferne med molekylesæt.

Stof	Kemisk formel	Atomvægt	Smeltepunkt	Kogepunkt
Vand	H2O	1+1+16	0 oC	100 oC
Metan, naturgas	CH4	12+1+1+1+1	-182 oC	-164 oC
Ethan, naturgas	C2H6	12*2 + 6	-183 oC	-88 oC
Butan, lightergas	C4H10	12*4 + 10	-138 oC	-1 oC
Heptan, benzin	C7H16	12*7 + 16	-90 oC	98 oC

 

Atomvægten finder man i det periodiske system. Kig under atomfysik i din arbejdsmappe.
Eller kig på hjemmesiden:      www.ptable.com
Eller her på engelsk:            http://www.dreamwv.com/primer/page/s_pertab.html

Vand opfører sig anderledes end andre væsker

Ud fra disse beregninger og sammenligninger er der ingen logisk forklaring på, hvorfor vand opfører sig så forskelligt fra alkanerne.

Svaret kan jo ikke findes i vandmolekylets atomvægt, men i den måde, molekylet er sat sammen på. Denne forskel er også afgørende for, hvordan vand opfører sig sammen med f.eks. olie og fedt. Det får betydning for at forstå spørgsmålene omkring sæbe og opløsningsmidler.

Almindelig atmosfærisk luft har atomvægten 29. Vand har atomvægten 18, og kan derfor som damp svæve rundt i luften. Når der bliver tilstrækkeligt meget vand i luften, kan vandet fortættes og blive til dug, regn, sne eller slud.

Ilt og brint

Der er flere måder at tegne et vandmolekyle på. De har hver deres fordele og ulemper. Her tager vi den model, der viser atomkernen og fordelingen af elektronerne.

Først tager vi et iltatom, som har 8 elektroner i alt. Bemærk af til venstre og nederst sidder der enlige atomer, som mangler en partner. Elektronerne går nemlig sammen to og to i noget, vi kalder orbits.

Dernæst skal vi have to brintatomer, som jo kun har én elektron hver.

De to brintatomer binder sig til iltatomet der, hvor der er plads. Nu har vi et vandmolekyle, og elektronerne i iltmolekylet opfylder oktet-reglen (8 elektroner i yderste skal).

Derfor kommer et vandmolekyle til at se skævt ud.

De to brintatomer sidder med en vinkel på 105 grader og er bundet til iltatomet med en kovalent binding (atomerne deles om nogle af elektronerne).

Brintatomerne har nu hver 2 elektroner i yderste skal, og opfylder duet-reglen.

Vand er polært

Et molekyle med to atomer vil være lineært, men hvis et molekyle består af tre atomer, kan bindingerne danne en vinkel med hinanden. Molekyler med mere end tre atomer kan enten være plane eller have en udstrækning i tre dimensioner. Ud fra iltatomet er der to bindinger til brintatomerne. Her dannes der en vinkel på 105 grader, og det gør, at vand ikke er symmetrisk opbygget. Molekylet er svagt positivt til den ene side og svagt negativt til den anden. Disse svage elektriske kræfter er store nok til, at de nærliggende vandmolekyler tiltrækkes, og vi får en sammenhængende vandmasse.

Vandmolekyler tiltrækker hinanden

Vandmolekylerne er positivt ladede i den ene side på grund af brintatomernes proton i kernen. Til den anden side er vandmolekylet negativt på grund af de 4 elektroner.

Vandmolekylerne pakker sig meget tæt på grund af den brintbinding, der er opstået. Her på tegningen er brint-bindingerne tegnet med rødt.

Vandmolekylets specielle opbygning er bl.a. årsagen til, at vand har et højere smelte- og kogepunkt end alkanerne. I stedet for et kogepunkt på 100 grader Celsius, ville vandet koge ved ca. -70 grader.

Vand vejer mere end benzin

Vandmolekylernes polære kræfter gør, at vand kommer til at veje mere end benzin. Hælder man vand og benzin sammen, skilles det øjeblikkeligt, således at benzinen lægger sig øverst.

De polære bindinger imellem vandmolekylerne gør, at de pakkes bedre sammen end tilfældet er i benzin. Og når de to væsker ikke vil blandes indbyrdes, så er det, fordi benzinen ikke kan bryde "overfladespændingen" i vandet.

Vands 3 tilstandsformer

Alle stoffer har 3 tilstandsformer: Fast form, flydende og luftart.

Damp

Når vand bliver opvarmet til kogepunktet, indeholder det så meget energi, at de enkelte vandmolekyler frigør sig helt fra den polære binding og bliver til en gas. Vand kan dog blive til vanddamp uden at koge først. Ellers kunne vi ikke tørre tøj særlig nemt. Der bliver 1680 liter damp af 1 liter vand.

Vand

Vands polære kræfter gør, at vand er tæt pakket sammen. Vand er derfor tungere end f.eks. benzin, selv om vandmolekylet er lettere. Vand er meget tungere end atmosfærisk luft. Men når det fordamper, bliver det lettere end luft.

  

Is

Vand er det eneste stof, som fylder mere i fast form end i flydende. Årsagen er, at vand danner krystaller, når det fryser. Krystalliseringen begynder allerede ved 3,8 grader Celsius. Iskrystaller og snekrystaller er 6-kantede, og der opstår et ”hul” inde i centrum. Derfor vejer is mindre end vand.

Det betyder, at is flyder oven på vand. Det gør, at livet i en sø kan fortsætte, selv om der kommer frost. Hvis vand opførte sig som andre stoffer, ville vandet i en sø fryse fra bunden af, og om foråret ville det tage meget lang tid før al isen kunne tø op igen. Hele iltningsprocessen af vandet i en sø er også mere effektiv, fordi vand er polært. Iskrystaller er flotter, f.eks. på ruden af en bil . . .