Springen naar inhoud

Dichtheid water bij 4 graden


  • Log in om te kunnen reageren

#1

Danielllll3

    Danielllll3


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 16 september 2014 - 13:15

Waarom is de dichtheid van water bij ong. 4 graden groter dan bij alle andere temperaturen? ik snap dat de moleculen verder uitelkaar gaan staan als het bijv. 3 graden is, of 5... maar waarom doet water dat?


Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

rwwh

    rwwh


  • >5k berichten
  • 6847 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 16 september 2014 - 13:31

Dat is heel moeilijk precies te begrijpen, dus een heel goede vraag. Het heeft veel te maken met de waterstofbruggen, die bij zo ongeveer alle contacten tussen watermoleculen een grote rol spelen. In tegenstelling tot veel andere contacten tussen moleculen hebben waterstofbruggen een hele grote richtinggevoeligheid.

Op de een of andere manier zorgt dat ervoor als je de temperatuur beneden 4 graden brengt, en nog veel sterker als het vriespunt wordt bereikt, dat er een voorkeur is voor waterstofbruggen die heel mooi "recht" zijn, en blijkbaar neemt de structuur dan op de koop toe dat er gaten vallen tussen de moleculen. De energiewinst van de mooiere waterstofbruggen is beneden 4 graden blijkbaar groter dan de energieverliezen van andere interacties en van de volumevergroting.

#3

Danielllll3

    Danielllll3


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 16 september 2014 - 13:37

Dat is heel moeilijk precies te begrijpen, dus een heel goede vraag. Het heeft veel te maken met de waterstofbruggen, die bij zo ongeveer alle contacten tussen watermoleculen een grote rol spelen. In tegenstelling tot veel andere contacten tussen moleculen hebben waterstofbruggen een hele grote richtinggevoeligheid.

Op de een of andere manier zorgt dat ervoor als je de temperatuur beneden 4 graden brengt, en nog veel sterker als het vriespunt wordt bereikt, dat er een voorkeur is voor waterstofbruggen die heel mooi "recht" zijn, en blijkbaar neemt de structuur dan op de koop toe dat er gaten vallen tussen de moleculen. De energiewinst van de mooiere waterstofbruggen is beneden 4 graden blijkbaar groter dan de energieverliezen van andere interacties en van de volumevergroting.

 

Dat is al een stuk duidelijk en nuttiger dan andere antwoorden die ik heb gekregen van andere mensen. Is er misschien een site waar ik hier nog meer over kan leren? wil het zo goed mogelijk begrijpen en heb er wel een paar uurtjes voor over.


#4

rwwh

    rwwh


  • >5k berichten
  • 6847 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 16 september 2014 - 15:33

Ik denk niet dat je hier buiten de specialistische wetenschappelijke literatuur veel over kunt vinden, het is toevallig een onderwerp waar ik zelf lang geleden wat over heb nagedacht. Als je Google zoekt over "structure of liquid water" dan vind je vooral persberichten en verwijzingen naar artikelen, maar ik denk dat die laatste best lastig te lezen zijn, en de persberichten zijn niet altijd een geweldig nauwkeurige representatie....

Dit is wel een leuke site: http://www.chem1.com...ater.html#HBOND

 

Staan veel referenties in, en leuke andere feiten over water. Niet veel meer diepgang over wat ik schreef.


#5

Anton_v_U

    Anton_v_U


  • >1k berichten
  • 1620 berichten
  • Validating

Geplaatst op 16 september 2014 - 17:49

De dichtheid van water is de massa van één waterstofatoom maal het aantal waterstofatomen die in één volume eenheid zitten. Dus hoe dichter de moleculen op elkaar zitten, hoe groter de dichtheid.

 

In ijs (plaatje) zitten de atomen verder uit elkaar dan in vloeibaar water. In deze ruimtelijke structuur zorgen de waterstofbruggen (groene lijntjes in de figuur) ervoor dat de onderlinge afstand groter wordt.

 

Als je water afkoelt, dan neemt het volume af tot bij 4oC. Dit gebeurt doordat de moleculen vertragen en daardoor minder ruimte nodig hebben.

 

Bij afkoeling bij 4oC wordt de volume daling van de vloeistof door afkoeling precies gecompenseerd door de volumestijging door de vorming van waterstofbruggen. Bij verdere afkoeling ontstaan meer waterstofbruggen. Daardoor neemt het volume weer toe. De dichtheid is dus maximaal bij 4 graden.

 

Vooral als het ijs vormt, neemt het volume vrij fors toe.

Veranderd door Anton_v_U, 16 september 2014 - 17:50


#6

Wdeb

    Wdeb


  • >1k berichten
  • 1069 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 17 september 2014 - 12:37

Tsja, maar dit beantwoord nog niet de vraag: waarom? Waarom zij wel en anderen niet. Laatst las ik ergens dat de oorzaak zou kunnen liggen in dat bij vloeibaar water de moleculen zo rap van H-bruggen wisselen dat ze een soort van kooitjes creeeren waarin dan andere watermoleculen (kunnen) verblijven, die daarna met andere moleculen natuurlijk weer hetzelfde doen....

Hierdoor kunnen ze dus behoorlijk dicht bij elkaar zijn zonder een H-binding aan te gaan (die een afstand en vooral een richting vraagt).

 

Bij 4 graden celsius lijkt het er dus op dat de bewegingsenergie van de moleculen niet hoog genoeg is om uit de kooi te breken (en daarmee H-bruggen verbreken). 

 

Hiermee krijg ik aardig verklaard voor mijzelf waarom het afneemt onder de 4 en toeneemt erboven. Maar niet echt waarom bij 4 graden?

Maar ja.....dat rekenwerk is niet leuk. Daar heeft de wereld natuurkundigen voor, zodat wij het kunnen gebruiken voor iets nuttigs.

;)

 

Wdeb

Is liefde Chemie? ...In elk geval is Chemie wel bijna liefde.

#7

Anton_v_U

    Anton_v_U


  • >1k berichten
  • 1620 berichten
  • Validating

Geplaatst op 17 september 2014 - 15:28

Hiermee krijg ik aardig verklaard voor mijzelf waarom het afneemt onder de 4 en toeneemt erboven. Maar niet echt waarom bij 4 graden?

Maar ja.....dat rekenwerk is niet leuk. Daar heeft de wereld natuurkundigen voor, zodat wij het kunnen gebruiken voor iets nuttigs.

 

Tsja, hoe zou je zoiets moeten berekenen? Ik weet niet of je vanuit de (quantum) mechanica of de (quantum) electrodynamica kunt berekenen wat het vriespunt van water zou moeten zijn, iemand weleens iets gezien dat daar op lijkt?

 

En dit probleem lijkt me weer een graadje of 4 ingewikkelder omdat het  te maken heeft met continu veranderende ruimtelijke configurties van afzonderlijke dipool moleculen.


#8

Danielllll3

    Danielllll3


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 17 september 2014 - 16:04

 

Tsja, hoe zou je zoiets moeten berekenen? Ik weet niet of je vanuit de (quantum) mechanica of de (quantum) electrodynamica kunt berekenen wat het vriespunt van water zou moeten zijn, iemand weleens iets gezien dat daar op lijkt?

 

En dit probleem lijkt me weer een graadje of 4 ingewikkelder omdat het  te maken heeft met continu veranderende ruimtelijke configurties van afzonderlijke dipool moleculen.

Het kookpunt van water zonder waterstof bruggen is toch -90 graden C?


#9

rwwh

    rwwh


  • >5k berichten
  • 6847 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 17 september 2014 - 16:25

Het modelleren van een faseovergang betekent dat je zowel de vloeistof als de vaste stof moet simuleren, en dan bij elke temperatuur kijken welke energetisch het meest gunstig is. Blijkbaar is bij water onder 0 graden ijs energetisch voordeliger, en boven nul graden vloeibaar water. De hele overgang, die vaak langer duurt dan de periode die je kunt simuleren, hoef je dan niet door te rekenen. Maar dat is wel heel moeilijk kwantitatief te doen omdat dit soort berekeningen te groot zijn voor kwantummechanische berekeningen, en de benaderde methoden nooit de juiste temperatuur zullen vinden (snijpunt van 2 bijna parallelle energierijken is gruwelijk moeilijk nauwkeurig te bepalen).

Het verhaal van de grootste dichtheid van water is heel anders: dat is namelijk geen faseovergang maar een combinatie van verschillende processen. Ook daarvoor geldt echter wel dat zelfs als je al die processen goed kunt modelleren de temperatuur waarbij dat gebeurt niet nauwkeurig voorspeld zal worden.

De leeftijd van waterstofbruggen is ongeveer 8 picoseconden. Op die tijdschaal reorganiseren de watermoleculen zich dus. Om dat nauwkeurig te kunnen beschrijven heb je ook heel veel parameters nodig bijvoorbeeld omdat een waterstofbrug die wijst naar een goede waterstofbrugdonor daardoor zelf ook weer sterker wordt.

Ikzelf ben tevreden met het kwalitatieve begrip van wat er gebeurt in de structuur van water. Ik kan me voorstellen dat anderen daar een naar gevoel bij hebben, maar dan nodig ik die mensen uit om dit als specialisatie te kiezen en dat te gaan uitzoeken in hun carrière!

Het kookpunt van water zonder waterstof bruggen is toch -90 graden C?


Water zonder waterstofbruggen bestaat niet.... Dus dat is natuurlijk een gedachtenspinsel. Je zou kunnen kijken wat zwavelwaterstof doet (bijna hetzelfde als wat zwaarder water maar zonder waterstofbruggen dus?), en aan de hand daarvan iets gokken.

#10

Anton_v_U

    Anton_v_U


  • >1k berichten
  • 1620 berichten
  • Validating

Geplaatst op 18 september 2014 - 00:04

De leeftijd van waterstofbruggen is ongeveer 8 picoseconden. Op die tijdschaal reorganiseren de watermoleculen zich dus. Om dat nauwkeurig te kunnen beschrijven heb je ook heel veel parameters nodig bijvoorbeeld omdat een waterstofbrug die wijst naar een goede waterstofbrugdonor daardoor zelf ook weer sterker wordt.

 

8 ps levensduur? Dat zal in ijs anders zijn dan in water denk ik en het lijkt me ook temperatuur afhankelijk. Heb je daar info over?

 

 

Ikzelf ben tevreden met het kwalitatieve begrip van wat er gebeurt in de structuur van water. Ik kan me voorstellen dat anderen daar een naar gevoel bij hebben, maar dan nodig ik die mensen uit om dit als specialisatie te kiezen en dat te gaan uitzoeken in hun carrière!

 

Daar ben ik het roerend mee eens (al vraag ik me af in hoeverre ik het kwalitatief al begrijp) Wel denk ik dat er een zinvollere manieren zijn om je tijd te spenderen dan om dit allemaal uit te zoeken.






0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures