Kedves Olvasó!
A korábbi bejegyzéseimben már sokat olvashattál a párolgás
folyamatáról illetve a szilárd anyagok folyadékokkal történő nedvesítéséről. Ha
esetleg lemaradtál ezekről, kellemes és hasznos böngészést kívánok a blogomhoz J
A következőekben a folyadékok pár alapvető tulajdonságáról,
illetve a kísérleti munkám szempontjából is releváns oldószerekről olvashatsz
ismeretterjesztő bejegyzéseket, melyeket konzultáció keretében tanár szakos
hallgatók készítettek.
Üdvözlettel: Tóth Ildi
Kontakt: ildiko.toth@chem.u-szeged.hu
18_Víz-1
A víz fizikai-kémiai tulajdonságai
Kedves Olvasó!
Ezen bejegyzés a
természet talán legkülönlegesebb anyagáról szól. Kezdhetnénk egy kis
figyelemfelkeltéssel, miszerint ez a színtelen, szagtalan, átlátszó,
szobahőmérsékleten folyékony halmazállapotú anyag egyszerre sav és lúg. Vagy,
hogy a fémek korróziójáért nem kis mértékben felelős. Vagy szó eshetne róla,
hogy minden sorozatgyilkos bizonyítottan rendszeres fogyasztója ennek az
anyagnak... Netán szó eshet arról, hogy a fulladásos halálesetek nagy
százalékáért felelős... De mindezek ellenére, enélkül az anyag nélkül napokon
belül felmondja a szervezet a működést, így a megvonási tünete biztos halál.
Talán nem meglepő, hogy
ez az anyag a víz. És ha végig gondoljuk, mindegyik információ helytálló. Ami
biztos szembetűnik, hogy a tények tálalása vezeti az olvasó gondolatait és
véleményformálását, így a továbbiakban szorítkozzunk a tudományos tényekre. Egy
kis lelkesedést még engedjünk azért meg: ez az anyag a földi körülmények között
egyszerre képes jelen lenni mindhárom halmazállapotában. Hát nem érdekes!?
Fizikai
tulajdonságok:
Kezdjük a fizikai
tulajdonságokkal, hisz azokat érzékelhetjük mi is a mindennapjainkban. A víz egy színtelen, szagtalan anyag. Azt mondják, hogy íztelen, de aki kóstolta már a szegedi csapvizet és mondjuk a
győrit (vagy bármely más városit), az teljes magabiztossággal cáfolhatja ezt az
állítást. A buktató ebben az, hogy a csapból kémiailag nem tiszta víz folyik, a
dihidrogén-monoxid (H2O) más oldott anyagokat is tartalmaz, amik az
ízért felelősek. De a kémiailag tiszta víz íztelen. Aki nem hiszi, kóstolja meg
a desztillált vizet! (Persze csak saját felelősségre és ne csodálkozzon a
hasmenésen, ha iszik belőle!)
A víz
halmazállapotai és halmazállapot változásai
A víz szobahőmérsékleten
folyékony halmazállapotú, 0°C alatt szilárd, 100°C fölött pedig légnemű. Ez
természetesen standard légköri nyomás mellett igaz. Azonban, ha kisétálunk egy befagyott tó partjára,
elcsodálkozhatunk, hogy a szilárd jégpáncél alatt folyékony vizet találunk, míg
fölötte a levegőben vízgőzt. Így akár egy méter sugarú körben mindhárom
halmazállapot egyszerre természetesen megtalálható.
Emlegettem itt azt a
bizonyos légköri nyomást. Nos, a tudomány mai állása szerint az anyagok
fagyás-, illetve forráspontja a nyomás függvénye. Ez azt jelenti, hogy mondjuk
a víz esetében, ha alacsony nyomású helyen vagyunk (például egy magas
hegycsúcson) akkor igenis 100 °C alatt elkezd forrni. Mivel egy folyékony anyag
a forráspontjánál sosem lesz melegebb (mert elpárolog), ez roppant kellemetlen
tud lenni, ha mondjuk főzni akarunk és nem a víz forrása, hanem a megfelelő
hőmérséklet fontos az étkünk elkészültéhez. Ezt kiküszöbölve visznek a
hegymászók magukkal kuktát, amit lezárva megnövelhető benne a nyomás. Ugyanis
magasabb nyomáson az anyagok forráspontja megemelkedik.
Az úgynevezett fázisdiagram ábra a nyomást (p)
ábrázolja (atmoszféra mértékegységben) a hőmérséklet (T, °C mértékegységben)
függvényében. A standard légköri nyomás 1 atmoszféra (atm). A megfelelő
nyomás-hőmérséklet párokat megkeresve a tengelyeken, a grafikonról leolvasható,
hogy az adott állapotban a víz milyen halmazállapotú. Feltűnhet a kritikus
pont, mint fontos pont, de erről egy másik bejegyzésben ejtettünk szót.
A víz
fázisdiagramja
Kémiai
tulajdonságok:
A kémiai tulajdonságok
kevésbé könnyen figyelhetőek meg hétköznapi módszerekkel. Ezek felderítése (és
sokszor értelmezése is) valamennyi tudományos ismeretet igényel. Jó esetben ezt
mindenki elsajátítja középiskolában, de aki nem használja ezt a tudást, azoknak
hamar megfakulhat.
A víz kémiai neve dihidrogén-monoxid, ami arra utal, hogy
két (di) hidrogénatomot és egy oxigénatomot tartalmaz egy darab vízmolekula (H2O).
A két hidrogén kovalens kötéssel kapcsolódik az oxigénatomhoz, ami közös
elektronpárral létrejövő elsőrendű (erős!) kémiai kötés. A hidrogénatomok az
összes szabad elektronjukat beadják a kötésbe, az oxigénnek azonban még marad,
amiket a hidrogénektől átellenes oldalon „tárol”. Így alakul ki egy V-alakú
molekula, ahol a hidrogének kötései által bezárt szög valahol 105° körül van.
Ezek a nemkötő
elektronok tudnak kötődni más vízmolekula hidrogénjéhez (mint egy hűtlen
szerető), ezzel úgynevezett hidrogén-kötést létrehozva a molekulák között. Ez
egy másodrendű kötés (nem olyan erős), de azok közül a legerősebb és ennek
köszönheti a víz egyedi tulajdonságait (ami más, ekkora méretű molekulára nem
jellemző), mint például a nagy felületi feszültségét vagy a szobahőmérsékleten
folyékony voltát.
A vízmolekulák alakja, és az
általuk kialakított hidrogén-kötés
A víz molekuláján belül a
töltött részecskék eloszlása nem szimmetrikus. Az oxigén erősebben vonzza a
negatív elektronokat, így az ő oldala negatívabban lesz töltött, a hidrogének
oldala ezzel szemben pozitívabb lesz. Emiatt úgynevezett dipólus (kétpólusú) vagy poláris molekulának szokás hívni. Sokakban
emlékeket csalhat elő a „hasonló hasonlót old elv”, miszerint poláris oldószer
poláris anyagokat old jól, apoláris (mint pl. az olaj) oldószer pedig apoláris
dolgokat. Ezért nem vegyül az olaj a vízzel és ezért van az, hogy ami az egyikben
jól oldódik, az tipikusan nem oldódik jól a másikban.
Apoláris és poláris
anyagok közt „békebírót játszik” a szappan, aminek hosszú molekulái egyik
oldalról polárisak, másikról apolárisak, így például egy szappan burokba zárt
olajcsepp már belevegyül a vízbe. Ezért nagyon nehéz mosogatószer nélkül
elmosni a zsíros edényeket…
Remélem, mindenki egy
kicsit más szemmel tekint ezentúl erre a közel sem hétköznapi anyagra, hiszen
mindenkinek elkél egy kicsit több víz az életébe! Mondjuk napi 2-3 liter!
Üdvözlettel: Gyarmathy Ernő
Fizika és kémia
osztatlan tanári szakos hallgató
Gyarmathy Ernő bemutatkozása:
Balra tőlem a számítógép
duruzsol. A működéséért a természettudományok ismerete felel. Jobbra tőlem a
forró kakaó gőzölög, aminek mai formájáért szintén a tudomány a felelős. Ha
kitekintek az ablakon, a fél periódusos rendszert látom és a középiskolában
tanult fizikai törvények felét azonnal hozzá tudom kötni valamihez.
Gyarmathy Ernő vagyok,
kémia-fizika tanár szakos hallgató (eme bemutatkozás írásának pillanatában).
Aki ismer, tudja, hogy szeret a fantáziám elkalandozni és hogy a gyerekességet
talán sosem növöm ki. A pörgés lételemem, ahogy a halogatás és a dolgok
túlbonyolítása is. Ugyanakkor amit kiadok a kezeim közül, az meg kell feleljen
a saját, szigorú elvárásaimnak, így igényesnek és (talán túlontúl) aprólékosnak
tartom magam.
Világéletemben kémiásnak
tartottam magam, de az elmúlt évek során a fizika is beásta magát a szívembe. A
tanári pálya pedig az egyik legszebb, véleményem szerint. Természettudományos
tanárként pedig az a hálás feladat ért, hogy számtalan gyerkőcnek mutathatom
meg milyen összetett és gyönyörű is a minket körülvevő világ. Ugyanis akármerre
nézünk, a kémia, fizika végig kíséri a mindennapjainkat. Mindenki vegyész, amikor
főz, és mindenki a statikát használja, amikor „pont nem esik le az a pohár az
asztalról, ha még egy millimétert arrébb tolom, hogy elférjen mellette a
laptop”. Ezek mellett elmehetünk gyanútlanul vagy egy mosoly kíséretében
nyugtázhatjuk, hogy „még mindig működik a tudomány”.
A bemutatkozás akkor
ütős, ha rövid és érdekes, talán egy kicsit szokatlan is, mégis lényegre törő.
Így zárásként egy gondolatot hagynék itt, amit nem tudom mikor és hol olvastam
és biztosan átköltöttem saját értelmezésre, de ami engem megfogott az valahogy
így hangzott: „Az a tanár, aki a
természettudományokat unalmasan adja át és elveszi a diákjai kedvét tőle, az
bűnt követ el.”
Gyarmathy Ernő
Fizika
és kémia osztatlan tanári szakos hallgató
