水の物理的および化学的性質

水の物理的および化学的性質

水の性質:一般性と好奇心
水の性質:同位体と分子構造

HISTORIQUE

古代人は水を4つの基本要素の4つと見なしていました。世界は、これら1774つの基本原則がさまざまな比率で混在して構成されていました。 1783世紀まではシンプルなボディと考えられていました。 その後、何人かの化学者は、合成と分析を実行することにより、水が単純な物体ではないことを発見しました。 前駆体、水素の燃焼から水を生成したプリーストリー(1783)、水は単純な体ではないと仮定したワッツ(1800)、酸素と水素の混合物からの電気火花の作用下での合成。 しかし、決定的な合成実験は、記憶に残る公開実験で水素と酸素から水を合成したLavoisier and Laplace(2)の実験でした。 1800年にVoltaが電気セルを発見した後、水の分解が起こりました。水の電気分解により、酸素と水素のそれぞれの比率を測定して、最終的によく知られている化学式H1803O。 最初の実用的な(そして壮観な)電気分解は、1811年にロバートソンによってパリで行われました。 化学式は、ダルトン(XNUMX)とアボガドロ(XNUMX)の理論的研究によって明らかにされました。

水の物理的性質

水は他の液体と比較して非常に特殊な物理的特性を持っています。 その基本構成要素が関連付けられているという事実により、他の液体のように無秩序ではなく、「構造化された」液体のように見えます。

水の特性は、温度、密度、質量、粘度、比熱などの数値スケールの国際標準化の基準として機能します。 比熱は非常に高く(18度あたりXNUMXモルカロリー)、水の大きな熱慣性と地表の温度調節におけるその役割を説明しています。 海は膨大な量の熱を蓄え、それを海流によって再分配します。 水の蒸発は水生環境でエネルギーを吸収し、その温度を下げ、雲の中の液滴への蒸気の凝縮はこの熱を大気に放出します。 地球の表面にある大量の水は、気候のための真のサーマルフライホイールです。

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水の密度はその温度によって異なります。 温度が下がると増加しますが、最大密度は4°C(0,997 g / cm3)であり、予想どおり0°ではありません。 したがって、海や湖は、成層によって最も密度の高い水が蓄積する底からではなく、表面から凍結します。 固体状態の水は液体水よりも軽い(氷の密度:0,920 g / cm3)。

水の粘度はその同位体組成に依存します。重い水は通常の水よりも30%粘性が高くなります。 粘度は最初に圧力とともに減少し、その後増加します。

水の等温圧縮係数は小さく(バーあたり4,9 10-5)、最初の概算として、水は非圧縮性であると見なすことができます。 それにもかかわらず、大きな大気のくぼみは、嵐の間に上昇する海面に作用します。 表面張力が高い:水は優れた湿潤剤です(72ダイン/ cm)。 それはそれ自体をほのめかし、毛細血管現象によって、岩のすべての隙間や細孔、そして土壌に浸透します。 この特性は、帯水層での水の貯蔵、岩石の表面侵食(霜の影響で破裂する:水と氷の通路で最大207 KPaの圧力が発生する)の基本です。 高い表面張力はまた、水滴の球形を説明します。

水の物理的状態は、温度と圧力に依存します。 液ガスの通過は通常、常圧で100°Cで行われますが、72°Cではエベレストの頂上(8 m)でのみ行われます。 氷の融解温度は圧力とともに低下します:圧力の影響下で氷は再び液体になります:したがって、スケーターは実際にスケートの圧力の影響下で形成された液体の水の薄いフィルム上を滑ります。 水のトリプルポイントは、848mbar未満で0,01°Cです。

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水は氷の融点以下で液体のままである可​​能性があります。この過冷却現象は-40°Cの温度まで維持できます。 これは、固体結晶化を開始するためのシードがないことによって説明されます。 自然界では、細菌は一般的な細菌であるPseudomonassyringaeによって提供されます。 この細菌の遺伝子操作により、果樹の凍結を遅らせるか、霜を加速して人工雪をより簡単にすることができます。

最後に、水は地球の表面にあるほとんどのイオンの媒体として機能する優れた溶媒です。

水の化学的性質

水は、多数の塩、ガス、有機分子を溶解する優れた溶媒です。 生命の化学反応は水性媒体中で起こります。 生物は水が非常に豊富です(最大90%)。 化学反応にほとんどまたはまったく介入しない中性溶媒と長い間考えられてきました。 水で希釈することにより、特に試薬の活性を遅くすることが可能になりました。 実際、水は非常に攻撃的な化学物質であり、それを含む容器の壁を攻撃する危険があります。ガラス瓶の中では、シリコンイオンが水を通過します。 純粋な水は、規制の観点から存在する可能性があります。つまり、細菌や化学物質による汚染物質のない水ですが、化学的な観点からは実際には存在しません。蒸留水でさえ、微量のイオンが含まれている、またはパイプや容器から採取した有機分子。

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化学反応では、水は最初にH +プロトンへの解離によって介入し、多くの場合H2Oと結合して水和プロトンH3O +を形成し、OH-ヒドロキシルイオンになります。 溶液のpHを決定するのは、これら2種類のイオンの比率です(pH:H +のモル濃度の逆数の対数)。 多くの金属は水を分解し、水素と金属水酸化物を放出する可能性があります。

イオン(塩、酸、塩基)の溶解は、水の極性の結果です。 塩のイオン濃度は、溶解度積を特徴づけます。 塩は溶解度の異なる製品値を持っており、これは塩溶液の蒸発中の分別結晶化の現象を説明しています塩湿地では、海水は最初に炭酸カルシウムを沈着させます硫酸カルシウム、次に塩化ナトリウム、最後にカリウム、ヨウ化物、臭化物などの非常に可溶性の塩。

地表の重要な特性は、CO2の溶解であり、これが弱酸である炭酸を生成し、多くの岩石、特に石灰岩の化学的風化の原因となります。 溶存CO2の量は、圧力の関数であり、温度の逆関数です。 炭酸カルシウムは、酸性炭酸塩の形で溶解し、カルストネットワークの場合のように、温度と圧力の変化に応じて再沈殿させることができます。

ソース:http://www.u-picardie.fr/

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